Устройство и работа доменной печи: Доменная печь: принцип работы и ее устройство

alexxlab | 27.04.1984 | 0 | Разное

Содержание

Доменная печь: принцип работы и ее устройство

История появления доменной печи
Схема доменной печи
Принцип работы домны
Расчет годовой производительности доменной печи
Заключение

Вот уже на протяжении нескольких столетий домны являются основными агрегатами для обработки железорудных материалов и, несмотря, что их использовали еще в Древнем Китае, они актуальны и сегодня. Доменные печи – крупные металлоплавильные агрегаты шахтного типа, предназначенные для выплавки чугунов и ферросплавов. Принцип работы основан на противотоке движущихся вверх раскаленных восстановительных газов и загружаемой шихты, а ключевой особенностью является непрерывность плавочного процесса.

Конечно, с годами их конструкция претерпевала различные изменения. Домны модернизировались, совершенствовались и изготавливались с применением разных материалов, тем не менее их принцип работы был, есть и остается неизменным. И, несмотря на высокий уровень современных технологий, в ближайшие десятилетия доменный процесс все еще будет оставаться одним из основных способов производства в черной металлургии.

История появления доменной печи

Железо (Fe) является четвертым элементом по степени распространенности на Земле. Но на нашей планете оно не встречается в чистой элементарной форме, ну разве что в составе упавших метеоритов. Поэтому люди стали получать его методом восстановления из железосодержащих руд, представляющих собой окиси и углекислые соли закиси Fe. И так как элементарная связь между Fe и O₂ довольно прочная, первым изобретателям пришлось методом проб и ошибок создавать первые и, возможно, не совсем эффективные плавильные агрегаты и использовать для получения высоких температур древесный уголь, который в древности был единственным источником энергии.

Доменная печь

Учитывая уровень современных технологий, тяжело понять, как можно было пользоваться доменной печью при отсутствии мощных скиповых подъемников, многочисленных приборов и датчиков, без природного газа и пылеугольного топлива. Тем не менее, по всему миру сохранилось довольно большое количество доменных печей, построенных еще в XVII-XIX веках. Большинство из них представляют собой объекты исторического наследия и являются экспонатами музеев под открытым небом. Но самые первые домны были созданы в Китае, о чем свидетельствуют чугунные изделия, изготовление которых датируется еще V веком до нашей эры.

Китай

Многочисленные чугунные артефакты, найденные в разные годы в Китае, и ранние тибетские писания позволяют говорить о том, что именно на территории современной КНР впервые был изобретен и освоен доменный процесс. Причем зарождение домны и начало производства чугуна в Китае связывают с культурой царства Шанг Шунг.

Сегодня нельзя доподлинно установить, какое было устройство доменной печи в древнем Китае. Известно лишь, что ранние конструкции имели глиняные стены, а их домница имела форму двух усеченных конусов, соединенных большими основаниями. Малая мощность воздуходувных средств ограничивала возможное увеличение шахты печи по высоте, поэтому печи были высотой от 2 метров. Останки самых крупных и достигавших почти 10 метров в высоту агрегатов были найдены в провинциях Гуандун и Сыньчуан.

Также из некоторых источников известно, что:

в 500 г. до н. э. местные умельцы научились доводить температуру воздействия на шихту до 1130°С;
к 300 г. до н. э. доменный чугун начинает широко использоваться в Поднебесной для изготовления оружия, инструментов и сельскохозяйственных орудий;
в XI веке из-за возрастающих объемов выплавки чугуна в империи Сун началась массовая вырубка деревьев. И древесный уголь, единственное топливо для домны тех времен, начинают заменять на битуминозный каменный.

Средневековая Европа

В XII и XIII веке на территории Штирии (нынешняя Австрия) для получения черных металлов за счет химического восстановления железа из руды использовалась сыродутная печь (штукофен). Она функционировала почти так же, как работает доменная печь, что позволяет считать ее если не прототипом, то предшественником таковой.

Ближе к XV веку домны возводятся в Швейцарии, Швеции, Вестфалии и Англии. Высота их достигает 5 метров, а при обслуживании уже используются разнообразные механизированные средства.

И хотя подача воздуха осуществлялась клинчатыми мехами, управляемыми гидроприводом, все же это не могло обеспечить высокую интенсивность плавки, и суточная производительность домны на то время в лучшем случае составляла 1,0…1,2 тонны.

Существует несколько гипотез о том, как доменное производство появилось в Европе. По одной из версий технология могла быть украдена у китайцев, по другой – перенята у народов, заселявших территории к югу от Каспийского моря. Зато все историки сходятся во мнении, что существенный вклад в развитие доменного производства в Европе внесли цистерцианцы. Монахи этого католического ордена активно занимались хозяйственной деятельностью и были лучшими металлургами в средневековье. Даже в примитивных доменных печах того времени цистерцианцы смогли добиться высокой эффективности в переплавке руды на чугун, о чем свидетельствуют найденные при раскопках остатки шлака с очень низким содержанием железа.

Современный этап

Дальнейшее становление и развитие доменного производства уже относится к XVIII-XX векам. И значительную роль в этом сыграли крупные научно-технические достижения. Среди них:

получение в 1735 году младшим А. Дерби патента на коксование каменного угля;
создание Д. Уайттом в 1784 универсального парового двигателя;
разработка в 1828 году Д. Нельсоном технологии нагрева дутья перед подачей в домну;
изобретение в 1850 году для загрузки шихты засыпного устройства типа «воронка-конус»;
получение в период 1867…1871 Г. Бессемером патентов на плавку чугуна с высоким давлением внутри печи и на технологию работы домны на обогащенном кислородном дутье.

Паросиловые установки и агрегаты стали широко использоваться для нагрева и подачи дутья в домну, а также позволили значительно сократить использование угля и заменять его антрацитом. Но все же, несмотря на многочисленные инновации, основным топливом для доменной печи был и остается кокс. Именно его использование стало для металлургии ключевым фактором и основой для индустриальной революции XIX века, а коксовые домны работают по сей день.

Доменные печи также использовались для выплавки цинка. В отличие от печей, выплавляющих железо, они несколько ниже, не имеют огнеупорной футеровки в боковых стенах и абсолютно герметичны. Но из-за высокой себестоимости цинковые доменные печи почти не применяются.

В результате многочисленных разработок и внедренных идей доменное производство претерпело громадные качественные изменения, а увеличение объемов производства чугуна и стали привело к созданию высокопроизводительных доменных печей.

Схема доменной печи

А теперь пробуем более детально разобраться, что такое доменная печь. Ведь интересно, что же скрыто за мощной футеровкой и многочисленными техническими площадками, которые опоясывают домменую печь по всему периметру.

Домна – это плавильный агрегат шахтного типа и непрерывного действия, в котором все теплообменные, плавильные и восстановительные процессы осуществляются в потоке движущихся навстречу друг другу кусковых материалов шихты и восстановительных газов. Агрегаты могут отличаться объемами рабочего пространства, уровнем производительности и размерами, но в целом у них всех идентичная конструкция. А типовая схема доменной печи включает такие элементы как колошник, шахту, распар, заплечики, горн и лещадь.

Колошник

Это цилиндрическая часть расположена вверху печи. Через нее осуществляется загрузка и распределение шихты, поэтому колошник испытывает ударные и абразивные воздействия от ссыпающихся с большого конуса железорудных материалов, кокса и флюса. А как устройство он имеет сложную многоэтажную конструкцию, в которую входит загрузочное устройство, система газоотводов с клапанами, минициклоны и трубопроводная система выравнивания давления.

Шахта

Это самая большая по объему и наименее стойкая часть печи, имеющая форму усеченного конуса. Именно в шахте происходят основные физико-химические процессы взаимодействия между твердыми шихтовыми материалами и газами. И ее значительная высота обусловлена тем, что при движении материалов должно произойти наибольшее косвенное восстановление оксидов железа, а это достигается длительным пребыванием материалов в шахте. Если высота недостаточна, материалы переходят в нижнюю часть печи слабо восстановленными, а чтобы обеспечить высокую газопроницаемость столба шихты на протяжении всего плавильного процесса, шахта расширяется сверху вниз.

Распар

Цилиндрическая часть печи, имеющая наибольший диаметр и обеспечивающая плавный переход шахты в заплечики. В профиле домны распар расположен в соответствии с началом этапа шлакообразования. За счет его широких габаритов снижается скорость движения газов в зоне шлакообразования и предупреждается подвисание шихты, так как в момент перехода железорудных материалов в тестообразные массы снижается проницаемость слоя шихты и возрастает гидродинамическое сопротивление.

Заплечики

Эта часть печи имеет форму перевернутого усеченного конуса. Это позволяет направить газовые потоки из зоны горения в «рудный гребень» и замедляет темп движения шихтового столба вниз.

Горн

Он представляет собой нижнюю цилиндрическую часть домны и состоит из двух частей: фурменной зоны и металлоприемника. В фурменной зоне находятся фурменные отверстия и приборы, посредством которых в домну под давлением подается нагретое воздушное дутье. А в металлоприемнике, собирающем жидкий чугун и шлак, расположены отверстия для их выпуска.

Лещадь

Это подина металлоприемника. Учитывая массогабаритные параметры и принцип работы доменной печи, лещадь является одним из ее наиболее ответственных элементов. Она испытывает значительное гидростатическое давление и температурные напряжения и поэтому выполняется из углеродистого и высокоглиноземистого материала и имеет особый вид охлаждения.

Фундамент

Доменная печь представляет собой уникальное сооружение, имеющее колоссальную массу. Иногда на 1 м³ ее полезного объема может доходить до 12…15 тонн весовой нагрузки, создаваемой конструкцией самой печи, загруженной шихтой и расплавом. Чтобы передать такую нагрузку на грунт равномерно, минимизировать осадку и термическое старение, фундамент доменной печи возводится двухслойным: нижняя часть представляет собой массивную подошву, верхняя – пень.

Подошва выполняется из бетона марки не ниже 400 и гравийного наполнителя. Консольные части ее армируются сталью. Пень выполняется из более огнеупорных материалов и заключается в цилиндрический кожух, поверх которого создается стакан из шамотного огнеупора.

Конструктивные размеры типовых доменных печей

Размеры профиля	Полезный объем печи, м³
Размеры профиля	1033	1513	2000	2700	3000	5000
Высота, мм
полная (H_п)	28700	30750	32358	33650	34950	36100
полезная (H₀)	26000	28000	29400	31200	32200	33500
горна (h_г)	3200	3200	3600	3900	3900	4400
заплечиков (h_з)	3000	3200	3000	3400	3200	3700
распара (h_p)	2000	1800	1700	2200	2000	1700
шахты (h_ш)	15000	17300	18200	18700	20100	20700
колошника (h_к)	2800	2500	2900	3000	3000	3000
«мертвого слоя»	600	766	1101	1699	1740	1113
Диаметр, мм
горна (d_г)	7200	8600	9750	11000	11600	14700
распара (D)	8200	9600	10900	12300	12800	16100
колошника (d_к)	5800	6600	7300	8100	8400	10800
большого конуса	4200	4800	5400	6200	6500	–
Колошниковый зазор, мм	800	900	950	950	950	–
Отношение H₀😀	3,18	2,92	2,70	2,64	2,51	2,24
Отношение d_к😀	0,71	0,69	0,67	0,66	0,656	0,67
Отношение D:d_г	1,14	1,12	1,12	1,12	1,12	1,095
Количество воздушных фурм	16	18	20	20	28	36
Количество чугунных/шлаковых леток	1/2	1/2	1(2)/2	2/2	3/1	4/1

Принцип работы домны

Доменный процесс протекает довольно сложно и требует соблюдения технологии и строгого контроля за уровнем многочисленных физических параметров. Но попробуем упрощенно рассмотреть, как доменная печь работает.

Скиповым подъемником шихтовые материалы (железорудное сырье, кокс, флюсы) поднимаются на высоту колошникового устройства и засыпаются в печь. При этом засыпка шихтовых материалов осуществляется таким образом, чтобы слои кокса чередовались с железосодержащими материалами. Снизу, благодаря работе фурменных устройств, идет нагнетание внутрь домны мощного потока горячего воздуха, который содержит необходимый для реакции кислород. Поднимаясь вверх, он движется в противотоке с опускающимися вниз слоями шихтового столба и интенсивно пронизывает их за счет наличия межкусковых пространств, вызывая горение кокса и разложение компонентов шихты. Представим доменный процесс схематически.

Описание процессов в доменной печи

Процесс	Химические реакции
Вдуваемый посредством фурм кислород взаимодействует с углеродом кокса	O₂ + C = CO₂
В зоне домны, расположенной несколько выше фурм, кислород уже израсходован и происходит взаимодействие двуокиси углерода с углеродом кокса. Такая реакция приводит к повышению температуры выше 1000°С	CO₂ + С = 2СО
При нагреве железосодержащих материалов происходит череда восстановительных процессов. В результате на последней стадии восстановления образуется губчатое железо, а окись углерода переходит в двуокись углерода	3Fe₂О₃ + СО = 2Fe₃О₄ + СО₂ Fe₃О₄ + СО = 3FeО + СО₂ FeО + СО = Fe + СО₂
Губчатое железо науглероживается и превращается в чугун	3Fe + 2СО = Fe₃C + СО₂
Пустая порода под воздействием температур выше 1000°С размягчается и плавится. При этом она образует шлак, взаимодействуя с кальцием флюса и невосстановленными окислами железа и марганца	SiO₂ + 2CaO = (CaO)₂SiO₂ SiO₂ + 2FeO = (FeO)₂SiO₂ SiO₂ + 2MnO = (MnO)₂SiO₂
В домне происходит восстановление фосфора, марганца и кремния. Растворяясь, они также реагируют с железом	P₂O₅ + 5C = 2P + 5CO SiO₂ + 2C = Si + 2CO MnO₂ – Mn₂O₃ – Mn₃O – MnO

Жидкий чугун, проходя сквозь слой шлака, дополнительно освобождается от серы и собирается в горне, откуда выпускается через летку в равные временные интервалы. Шлак имеет более низкую плотность и поэтому находится сверху расплавленного чугуна и тем самым минимизирует его окисление. Шлак также отводится через летку с соблюдением определенной временной последовательности.

Сырьевые и топливные материалы

Железные руды – основное сырье для доменного производства. К ним относятся магнитный, красный и бурый железняк, а также сидериты и гетиты. Путем обогащения и подготовки из них получают железорудное сырье:

окатыши;
агломерат;
концентрат.

В руде, кроме Fe, содержится пустая порода и различные примеси, которые в ходе плавки выделяются в шлак. Для этих целей в доменную шихту дополнительно вводят флюсы. Эти материалы снижают температуру плавления пустой породы и связывают ее в неметаллические включения. Применение флюсов позволяет снизить количество примесей в чугуне и придать шлаку необходимые свойства, ведь после выплавки он также используется в разных сферах современной промышленности.

Доменная печь

Основным топливом для доменного производства вот уже на протяжении многих десятилетий является кокс. Это продукт коксохимических фабрик и результат бескислородной переработки специальных сортов каменного угля. При этом кокс, как содержащий углерод компонент шихты, одновременно выступает топливом и ключевым реагентом для восстановления Fe из руды. В современных условиях металлурги стали частично заменять его на альтернативные виды топлива – мазут, газ природный, коксовый и доменный, а также на пылеугольное топливо.

Автоматизация доменного процесса

Модернизация автоматизированной системы управления (АСУ) позволяет значительно увеличить качество и количество обработанных данных и в результате повысить эффективность использования сырья, энергии и всего производства в целом. Интеграция адаптивных программных продуктов в АСУ позволяет с высокой точностью:

дозировать состав шихты;
вести загрузку в определенной последовательности;
анализировать ход плавки в течение любого временного периода;
регулировать технологические параметры и работу устройств и агрегатов по заданной программе;
прогнозировать аварийные ситуации и необходимость проведения ремонтных работ на технологическом оборудовании.

Почему нельзя остановить домну?

Доменная печь – это шахтные плавильные агрегаты непрерывного действия. Температура в них увеличивается сверху вниз. Атмосферный кислород, вдуваемый снизу, вступает в экзотермическую химическую реакцию с коксом, которая дает тепловую энергию, необходимую для доменного процесса и доходящую иногда до 2000-2300°С.

Поэтому, если по каким-либо причинам произойдет остановка печи, сразу возникает проблема – как нагреть доменную печь снова, ведь внутри нее находятся тонны твердых и тестообразных материалов шихты, жидкий чугун и шлак. При снижении температуры все это превратится в единую массу, которую нельзя будет повторно нагреть никакими внешними воздействиями. Поэтому доменные печи останавливают только в плановом режиме при выводе из эксплуатации или на капитальный ремонт.

Расчет годовой производительности доменной печи

Годовая производительность печи позволяет судить об эффективности ее эксплуатации. Рассчитывают ее по формуле Пгод = m × V_пол/ КИПО, а исходными данными для ее расчета являются:

полезный объем домны, V_пол, м³;
коэффициент использования полезного объема, КИПО;
годовое количество рабочих суток печи, m, дни.

Для примера выполним расчеты для печи с полезным объемом в 2000 м³. Учитывая характер эксплуатации печи, принимаем количество рабочих суток за календарное количество дней. В 2020 году их было 366. Значение КИПО возьмем из справочников, для отечественных домен постройки 70-80-х годов прошлого века данный коэффициент равен 0,6 и 0,7.

Пгод = m × V_пол/ КИПО = 366 × 2000 / 0,6 = 1 220 000 тонн

Это означает, что при полной загрузке доменная печь с таким полезным объемом могла в 2020 году дать экономике 1,22 млн. тонн чугуна.

Украинская металлургия является одной из ведущих в мире. За последние несколько лет она неоднократно занимала 9-е место в ТОП-10 среди многочисленных стран-производителей стали.

На территории Украины расположена известная во всем мире доменная печь №9. Это самая мощная домна в Европе. Ее полезный объем составляет 5034 кубических метра, а годовая производительность может достигать 4 000 000 тонн.

Заключение

Итак, исходным сырьем для доменного производства являются железные руды, а продуктами, кроме основного – чугуна, являются шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль. Собственные природные ресурсы и мощный производственный потенциал позволяют украинским металлургам лидировать на мировом рынке и обеспечивать потребности внутреннего рынка в чугуне и стали.

Принцип работы печи: доменной, мартеновской, конвекционной

Принцип работы доменной печи

Принцип работы доменной печи
Устройство доменной печи
Устройство мартеновской печи
Как работает мартеновская печь
Что такое конвекционная печь
Принцип работы конвекционной печи

Рассмотрим, что такое доменная печь. Выплавку чугуна в крупных масштабах невозможно осуществить без мощных, габаритных печей. Доменная печь – это большой и сложный комплекс, который обслуживается большим количеством вспомогательных систем (Рис. 1). Доменная печь является вертикальной конструкцией, характеризующейся конусообразным форменным исполнением, нижняя часть которого расширяется. Печь шахтного типа, работающая на противотоке, предназначена для плавильных процессов.

Для непосредственной эксплуатации доменной печи необходим следующий спектр материалов:

Железная руда или обогащенный рудный материал;
Кокс каменноугольного происхождения;
Известняковый флюс.

Данные компоненты подаются порциями в верхний конструкционный элемент печи, где происходит процесс их оседания и последующей переработки. Далее производится спуск шлака и выпуск расплавленного чугуна (Рис. 2).

Принцип работы печи доменного типа базируется на непрерывном процессе. Это и обусловливает высокие показатели производительности. Работа осуществляется в круглосуточном порядке. Ремонтно-восстановительные работы производятся каждые 3-12 лет. Суммарная продолжительность эксплуатационного периода приравнивается к 100 годам, а при должном уровне обслуживания – и больше.

Устройство доменной печи

Доменная печь – габаритное сооружение, которое в высоту может достигать 70 м и весом около 35000 т. Снаружи печь покрыта стальным кожухом с толщиной стенок от 4 см, который постоянно охлаждается при помощи холодильных камер с циркулирующей в них водой. Изнутри домна выложена огнеупорным кирпичом. Вся конструкция установлена на прочный железобетонный фундамент.

С помощью засыпного аппарата подаются необходимые материалы, которые по мере расплава опускаются вниз, а их место занимают новые порции. Образующиеся газы, имеющие высокую температуру, выводятся посредством трубопроводов и используются для нагрева свежего потока воздуха, который подается в доменную печь для наддува.

Устройство мартеновской печи

Теперь давайте рассмотрим, что такое мартеновская печь. Эта печь по своему принципу действия и устройству относится к категории регенеративных пламенных печей. При непосредственной эксплуатации осуществляется процесс сжигания мазута и газообразного топлива. За счет регенерации избыточного тепла печных газов обеспечиваются номинальные показатели температуры, которые необходимы для получения стали в расплавленном виде.

org/ImageObject”>

Конструкционная особенность мартеновской печи заключается в горизонтально направленной камере на основе огнеупорного кирпича. Нижняя часть печи ограничена подиной, сверху расположены своды. Сама подина выполнена в форме ванны с откосами в сторону стенок. Передняя стенка укомплектована загрузочными люками, которые используются для подачи флюса и шихты. В задней стенке имеется технологическое отверстие для приема готовой продукции.

Как работает мартеновская печь

Главный принцип работы мартеновской печи основан на уникальном эвтектическом свойстве сплавов. Раскаленная смесь воздуха и горючего газа вдувается в печь с низким потолком, который жар отражает вниз (Рис. 6). Мартеновская печь может эксплуатироваться в нескольких производственных режимах, определение которых будет зависеть от состава шихты:

Скрап-процесс. В этом случае шихта основана на стальном ломе (скрап) на 35-45%. Данный производственный процесс будет актуален на заводах, где нет возможности установки доменных печей, но при этом есть много металлолома;
Скрап-рудный процесс. В таком процессе шихта основана на жидком чугуне (порядка 75%), железной руды и скрапа. Считается наиболее востребованным процессом на заводах, где установлены доменные печи.

Большинство мартеновских печей имеет стационарное исполнение. В случае с качающимися печами, они нашли свое активное применение при работе с фосфористыми чугунами. Данная тенденция обусловливается тем фактом, что обогащенный фосфором шлак необходимо раскачивать.

Процесс розжига печей качающегося типа осуществляется при помощи газообразного топлива или же мазута. Генераторный или смешанный газ, характеризующийся минимальными температурами сгорания, предварительно перед подачей в рабочую камеру подогревается в специализированных генераторах, температура в которых может варьироваться в диапазоне от 1000 до 1100 градусов.

Что такое конвекционная печь

Конвекционная печь – универсальное устройство, сочетающее в себе свойства пароварки и шкафа для жарки. Эта печь нашла обширную область своего непосредственного использования в современной кулинарии. Помимо бытового модельного ряда имеют место и промышленные аналоги, ширина, высота и длинна которых предоставляют возможность размещения объектов повышенных габаритов.

«Львиная» доля печей данного вида проектируется с целью непосредственного использования на кухне для приготовления выпечки и горячих блюд. В большинство моделей укомплектованы функции электрического гриля, принцип действия которых основан на использовании мощного нагревательного тэна. Данные нагревательные элементы располагаются в нижней и верхней части камеры.

Конвекционная печь обладает возможностью регулировки пароувлажнения, что дает возможность ее использования в качестве пароварки. Столь обширный спектр использования конвекционной печи в совокупности с внушительным внутренним объемом стал причиной тому, что оборудование данного типа встречается практически в любом современном ресторане.

Принцип работы конвекционной печи

Из названия печи следует принцип работы печи, который основан на применении конвекционных процессов и возможности создания пара в герметичной камере. Конвекция является процессом теплообмена между разносторонне направленными потоками воздуха. Данный процесс обусловлен использованием производительного нагнетательного элемента (вентилятора), который располагается на задней крышке рабочей камеры. Данному процессу также способствуют 4 тэна.

Конвекционные печи обладают возможностью регулировки уровня влажности. Это отличная альтернатива пароварки: варка, тушение, водяные бани, – вся эта многогранность функционального потенциала характерна исключительно конвекционной печи. При переключении тумблера в нулевую позицию автоматически включается функция гриль. При активации данного режима в рабочей камере начинает образовываться поток горячего воздуха, который идеально подходит для запекания.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 6 чел.
Средний рейтинг: 4.7 из 5.

Доменная печь. Устройство, принцип работы и предназначение :: SYL.ru

Они должны просто уважать решение: что, если члены семьи не одобрили имя ребенка

Чем порадует мода зрелых женщин: ключевые осенние тренды для дам за 50

Байкерская куртка или тренч: как выглядеть стильно в дождливую погоду

До свидания, маллет: тренды и антитренды коротких стрижек на осенний сезон 2022

Пройдет ли акне, если отказатья от молочных продуктов

Массивные сабо и не только: обувь, которая добавит элегантности осеннему образу

Запеканка из кабачков. Готовим полезное и вкусное блюдо

Тенденции юбок на осень-зиму и секреты составления образов с ними

Промокательная бумага или сода: простая альтернатива сухому шампуню

Подкормка нужна, чтобы не мёрзнуть. Удобряем яблони осенью

Автор Виталия Бересток September 7, 2013

Особенности доменной плавки

Доменная печь является одним из основных плавильных агрегатов в черной металлургии. Ее главная технологическая задача – выплавка чугуна заданных характеристик и состава. Своим внешним видом доменная печь напоминает башню высотой с тридцатиэтажный дом. С наружной стороны она имеет обшивку из листовой стали, а изнутри ее выкладывают несколькими слоями огнеупорных кирпичей (шамотов). На верхний ярус домны специальными подъемниками доставляется шихта: кокс, который представляет собой спекшийся, чрезвычайно твердый пористой структуры углеродистый продукт высокотемпературной переработки каменного угля, известняковый материал, улучшающий условия плавки. Туда же поднимают подготовленную железную руду. Затем через устройство, которое называется колошником, весь доставленный материал слоями загружается внутрь печи. Снизу через специальные форсунки (фурмы) осуществляется подача топлива и горячей воздушной смеси, обогащенной кислородом и смешанной с природным газом.

Принцип работы

Доменная печь, принцип работы которой основан на высокотемпературном сгорании кокса в атмосфере максимальной насыщенности кислородом, является плавильным агрегатом вертикально-шахтного типа. Для успешности протекания доменного процесса и для того, чтобы шихта хорошо пропускала газовую и воздушную смесь, требуется предварительная подготовка руды. Она заключается в спекании рудного материала в большие коржи или круглые окатыши. Под воздействием собственной массы шихта опускается, проходя практически через всю доменную печь и по пути омываясь газами, выделяющимися при сгорании коксового материала. Основная часть плавильного процесса протекает в горне. Шихта дополнительно нагревается горячим воздухом, что позволяет значительно минимизировать затраты кокса, а также повысить производительность печи.

Из истории доменной печи

Второе тысячелетие до нашей эры можно считать началом зарождения черной металлургии. Сначала для получения железа использовались костры, позже им на смену пришли плавильные ямы, названные сыродутными горнами. В них помещали руду и древесный уголь. Необходимая для поддержания процесса горения воздушная смесь подавалась естественной тягой, которую позже с развитием технологий сменили мехи. Конечно же, такой способ не мог дать качественного металла. Железо имело вид тестообразной массы с обильными вкраплениями шлаков и остатков не полностью сгоревшего древесного угля. Низкое содержание углерода делало металл мягким, изделия из него легко гнулись, быстро тупились и практически не поддавались закалке. С течением столетий процесс выплавки все больше совершенствовался. Так горны начали превращаться в небольшие печи, позволявшие получать более качественный металл. Первая доменная печь появилась в Европе на рубеже XIV – XV вв. Такие агрегаты начали строить в провинции Намюр (Бельгия) и в Англии. В качестве топлива продолжали использовать древесный уголь, что по мере наращивания объемов металлургического производства приводило к вырубке все больших площадей леса. В 1735-м году английским изобретателем Абрахамом Дерби был успешно применен в доменном процессе каменноугольный кокс, не содержавший примесей других типов топлива. Это помогло не только сэкономить значительные лесные ресурсы, но и существенно повысило эффективность и производительность плавильного производства. Современные доменные печи являются сложными и высокотехнологичными сооружениями, которые способны выплавлять в сутки до 5000 – 5500 тонн высококачественного чугуна. Все процессы по подготовке и загрузке шихтового материала в них полностью механизированы.

Устройство

Устройство доменной печи вертикально-шахтного типа планируется с учетом того, что при увеличении полезного внутреннего объема сооружения повышается также его экономичность. Сейчас все крупные предприятия стараются иметь агрегаты с тоннажем не менее 2000 – 3500 м³. Например, на металлургическом комбинате «Криворожсталь» с 1974-го года работает гигант объемом 5000 м³. Воздух на таких крупных агрегатах вдувается через 14 – 36 форсунок-фурм. Для нагревания воздушной смеси используются специальные мощные электрические устройства. Каждая крупногабаритная доменная печь промышленного масштаба обслуживается тремя-четырьмя автоматически переключающимися воздухонагревателями. Также работу агрегата обеспечивают многочисленные вспомогательные устройства, к числу которых относятся специальные шихтовые дворы, оснащенные разгрузочно-погрузочными приспособлениями; эстакады бункерного типа с вагон-весами, предназначенными для автоматического взвешивания загружаемых материалов; подъемные механизмы, которые доставляют самоопрокидывающиеся тележки-скипы к загрузочному блоку сооружения. Для нормального функционирования всей системы также предназначаются специальные нагревательные устройства, необходимые при осуществлении процесса высокотемпературного дутья, литейные дворы, чугуновозы, шлаковозы и разливочные машины. По большому счету, современная доменная печь представляет собой своеобразное автоматизированное мини-предприятие, обслуживаемое множеством специалистов самого разного профиля. Такие огромные и сложнейшие производственные структуры являются агрегатами непрерывного действия и работают несколько лет безостановочно до тех пор, пока не произойдет износ внутренней огнеупорной кладки.

§ 3.

Устройство доменной печи

Современная доменная печь имеет большие размеры, (общая высота достигает 70 м) и высокую производительность (до 5000 т чугуна в сутки для печей объемом 2700 м³). Они работают на коксе с применением воздушного дутья.

Доменная печь – это вертикальная печь шахтного типа. В стальном кожухом кожухе стенки печи выложены из огнеупорного шамотного кирпича. Рабочее пространство печи имеет 5 частей: колошник, шахта, распар, заплечики и горн.

Колошник – верхняя цилиндрическая часть в сочетании с засыпным аппаратом обеспечивает распределение материалов, что определяет характер распределения газового потока.

Шахта – усеченный конус с большим основанием внизу. Коническая форма шахты обеспечивает плавный сход шихтовых материалов. В шахте происходят основные процессы восстановления окислов.

Распар – средняя цилиндрическая часть печи, соединяющая шахту и заплечики.

Заплечики – усеченный конус с большим основанием вверху. В заплечиках происходят процессы плавления и шлакообразования, горения кокса, получение чугуна. Это наиболее ответственная часть доменной печи.

Горн состоит из 3 частей: лещадь, металлоприемник и фурменная зона.

Нижнее основание, которым доменная печь опирается, называется лещадью. В верхней части горна расположены воздухоохлаждаемые медные фурмы для подачи горячего воздуха в доменную печь. В лещади накапливается чугун и шлак, которые затем выпускаются через летки.

Выше лещади, до уровня шлаковых леток, располагается металлоприемник. Лещадь, фурменная зона и металлоприемник заключены в броню и охлаждаются плитовыми холодильниками.

Чугунная летка расположена на 400 – 500 мм выше лещади, потому на лещади всегда остается слой жидкого чугуна, предохраняющий его от разрушения. Чугунная летка между выпусками чугуна забивается огнеупорной массой. Шлаковая летка приподнята над лещадью на 1,5 – 1,6 м. Она представляет собой латунную или медную коническую водоохлаждаемую круглую коробку.

Рис. Устройство доменной печи

Сырьевые материалы, прошедшие предварительную подготовку к плавке, поступают в специальных вагонах на рудный двор, расположенный параллельно линии печей. При помощи мостового крана материалы со склада перегружают в приемные бункеры доменной печи. Кокс подают в бункеры специальным транспортером. При помощи вагон-весов шихту подвозят в загрузочной (скиповой) яме. Через воронку шихта попадает в вагонетку (скип), которая поднимается стальным канатом по рельсам наклонного подъемника доменной печи до самой верхней точки и там опрокидывается. Через загрузочное устройство (приемную воронку малого конуса, воронку большого конуса) шихта поступает в доменную печь. Конусы поочередно опускаются и поднимаются. Приемная воронка с малым конусом после загрузки очередной порции шихты может поворачиваться на 60°. Это позволяет равномерно распределять шихту на поверхности большого конуса перед загрузкой ее в печь.

В доменную печь загружают большое количество шихты. Так для производства 1 тонны передельного чугуна требуется 1900 кг агломерата офлюсованного и руды, примерно 700 кг кокса, 2200 м³/мин воздуха. При этом кроме чугуна, получается примерно 700 кг шлака и 3000 м³ доменного газа.

Для обеспечения современных доменных печей необходимым количеством горячего воздуха строят крупные воздухонагреватели (кауперы) и применяют мощные турбовоздуходувки, производительностью 5000 м³/мин и давлением воздуха 4,3 – 4,5 атм.

Воздухонагреватель заключен в стальной сварной кожух. Стенки и купол его выкладывают шамотным кирпичом. Внутри воздухонагревателя имеется камера горения и огнеупорная насадка, выполненная из шамотного кирпича с просветами (ячейками) между кирпичами.

Холодный воздух, подаваемый воздуходувной машиной, проходит через нагретую огнеупорную насадку каупера, где подогревается до 800 – 1200°С и поступает через фурмы в горн печи.

Обычно воздухонагреватель работает при нагреве воздуха не менее 1 ч. Для бесперебойной работы доменной печи необходимо иметь 3 каупера: из них один нагревается, другой отдает тепло холодному воздуху, а третий – в резерве.

Рис.

приемная воронка малого конуса;
малый конус;
приемная воронка большого конуса;
большой конус;
колошниковая фурма;
колошник;
шахта;
распар;
заплечики;
горн;
лещадь;
фурмы;
чугунная летка;
шлаковая летка;
металлоприемник;
шлаковоз;
чугуновоз;
скиповая яма;
скип;
кауперы

Доменная печь – устройство и работа

\\ Статьи

Доменная печь

12/12/2013 4:25pm

Автор: редакционная статья

Категории: доменное производство

Назначение. Конструкция печи. Технологический процесс выплавки чугуна.

Доменная печь

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.
При выплавке чугуна решаются задачи:

Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи.

Устройство и работа доменной печи

Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

Схема доменной печи

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подают новые порции шихты, чтобы весь полезный объем был заполнен.
Производство чугуна. Доменное производство чугуна. Технология производства чугуна. Процесс производства чугуна.
Полезный объем доменной печи – объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 м3.
В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Через насадку пропускается воздух, он нагревается до температуры 1000…1200 0С и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство печи. После охлаждения насадок нагреватели переключаются.
Горение топлива. Вблизи фурм природный газ и углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорают:
C + O2 = CO2 + Q
Ch5 + 2O2 = CO2 + 2h3O(пар) + Q
В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 0С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:
CO2 + C = 2CO — Q
h3O + C = CO + h3 — Q
Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода CO является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 0С у колошника. Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0С начинается восстановление оксидов железа.
Восстановление железа в доменной печи. Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:
Fe2O3 —> Fe3O4 —> FeO —> Fe
Температура определяет характер протекания химических реакций. Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород. Восстановление твердым углеродом (коксом) называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции:
FeO + C = Fe + CO — Q
Восстановление газами (CO и h3) называется косвенным восстановлением, протекает в верхней части печи при сравнительно низких температурах, по реакциям:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 — Q
FeO + CO = Fe + CO2 + Q
За счет CO и h3 восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60 % металлического железа.
При температуре 1000…1100 0C восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 0С).
Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.
В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат Al2O3, CaO, MgO, SiO2, MnO, FeO, CaS. Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.
Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку 17 (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади). Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.
Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек -слитков массой 45 кг.

следующая статья >>

НАШІ КОНТАКТИ:

met[email protected]

[email protected]

м. Дніпро

ISSN 20760507

Керівник проекту – Гриньов Володимир Анатолійович

Загрузочное устройство доменной печи

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к доменному производству. Устройство содержит приемную воронку со съемной бикриволинейной направляющей плитой, распределитель шихты, промежуточный осесимметричный накопительный бункер, выполненный биконически-цилиндрическим, малый и большой конусы со штангами. Распределитель шихты выполнен в виде трапециевидных лепестков с индивидуальными приводами их поворота. В осевое технологическое отверстие большого конуса установлено износостойкое контактное кольцо и запорный конус. Запорный конус подвешен на штанге, пропущенной через полую штангу большого конуса, и снабжен приводом. Привод расположен на траверсе штанги большого конуса. Штанга запорного конуса имеет опорную пяту и снабжена блоком компенсирующих пружин. На внутренней поверхности большого конуса установлена направляющая воронка, диаметр отверстия которой равен 1,1-1,25 диаметра запорного конуса. Использование изобретения обеспечивает увеличение производительности печи и снижение расхода кокса. 3 ил.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к доменному производству, а именно к оборудованию для загрузки доменной печи.

Известно двухконусное загрузочное устройство доменной печи, содержащее приемную воронку, вращающийся распределитель шихты (ВРШ), малый конус, большой конус, чашу большого конуса, штанги большого и малого конусов, приводы вращения ВРШ и вертикального перемещения конусов [1, с.365-367].

Недостатками загрузочного устройства доменной печи являются большая сложность, низкие надежность и стойкость конструкций загрузочного устройства, из-за чего доменную печь останавливают на капремонт третьего разряда. Выражается это в том, что шихта, из скипа попадая в приемную воронку асимметрично оси печи, осуществляет спиралеобразное движение по ее поверхности, это ведет к сегрегации шихты и асимметричному расположению ее в воронке ВРШ. Из-за этого возникает объемная, гранулометрическая и весовая неравномерности, которые потом и стараются устранить с помощью ВРШ. Малый объем воронки ВРШ, рассчитанный на прием шихты одного скипа, при наборе подачи на большой конус, состоящей из четверых скипов, приводит к необходимости четыре раза открывать малый конус, что значительно увеличивает время пребывания большого конуса под перепадом давления, а это ведет к образованию продувов и уменьшению срока службы засыпного аппарата. Для обеспечения равномерного распределения шихтовых материалов по окружности колошника доменной печи необходимо вращать порцию шихты вместе с воронкой ВРШ и малым конусом по технологической программе. Масса воронки ВРШ с шихтой составляет в зависимости от объема печи от 60 до 80 т. Неуравновешенность системы, в связи с односторонней загрузкой воронки (с левого, или из правого скипа), составляет 15-18%. При загрузке скипа железосодержащими материалами массой 25-30 т момент неуравновешенности составляет при диаметре воронки ВРШ 3-4 м соответственно 67,5-90 кН·м. Вращение воронки с такой неуравновешенностью создает в элементах привода, опорных элементах и металлоконструкциях печи нежелательные большие динамические нагрузки. Частый отказ элементов привода вращения воронки ВРШ (в особенности редуктора) происходит вследствие этих нагрузок. ВРШ имеет уплотнение между юбкой и корпусом ВРШ диаметром 3-3,5 м. Обеспечение и поддержка плотности контакта длиной 9-11 м при перепаде давления 0,2 мПа – довольно сложная задача при любом типе уплотнения. Центрирование воронки ВРШ относительно оси печи обеспечивается роликами, неравномерность износа которых по диаметру нарушает центрирование и самой воронки, что требует периодической коррекции. В равной степени это относится к опорным роликам, так как вместе с износом роликов изнашивается и кольцевой рельс.

Известно загрузочное устройство доменной печи, содержащее приемную воронку, вращающийся распределитель шихты, малый конус, большой конус с осевым технологическим отверстием, чашу большого конуса, штанги большого и малого конусов, приводы вращения ВРШ и вертикального перемещения конусов [2, с. 1-13; 3, с.14-26].

Недостатком загрузочного устройства доменной печи с ВРШ и осевым технологическим отверстием является также большая сложность, низкие надежность и стойкость конструкций загрузочного устройства, что уже объяснено для аналога [1], a дополнительными недостатками является то, что загрузочное устройство с осевым технологическим отверстием в большом конусе должно быть либо трехконусным, когда большой конус не выполняет функцию газового затвора, как это имеет место на печах МК “Запорожсталь”, либо приемная воронка должна иметь две течки, перекрытые газовыми затворами с добавкой второго сальникового уплотнения, что усложняет конструкцию и снижает надежность его работы или требует больших капитальных затрат при замене двухконусного аппарата на сложный и тяжелый трехконусный, который, кроме всего, невозможно вписать в колошники существующих печей без подъема наклонных мостов.

Наиболее близким аналогом к заявляемому является загрузочное устройство доменной печи, содержащее приемную воронку со съемной бикриволинейной направляющей плитой, установленной со стороны, противоположной наклонному мосту, распределитель шихты, выполненный в виде трапециевидных лепестков с индивидуальными приводами их поворота относительно оси, совпадающей с большим основанием трапеции, промежуточный осесиметричный накопительный бункер, выполненный биконически-цилиндрическим так, что его днище образовано малым конусом, а крышка – трапециевидными лепестками, малый и большой конусы со штангами, кожух межконусного пространства, грузовую чашу большого конуса [4].

Недостатком прототипа является то, что он не позволяет производить сосредоточенную загрузку кокса в осевую зону колошника доменной печи.

Ставится задача увеличения производительности доменной печи и снижения расхода кокса за счет расширения возможностей управления распределением материалов по радиусу колошника печи двухконусным загрузочным устройством, а также увеличения стойкости и надежности его работы.

Поставленная задача достигается тем, что загрузочное устройство доменной печи, содержащее приемную воронку со съемной бикриволинейной направляющей плитой, установленной со стороны, противоположной наклонному мосту, распределитель шихты, выполненный в виде трапециевидных лепестков с индивидуальными приводами их поворота относительно оси, совпадающей с большим основанием трапеции, промежуточный осесиметричный накопительный бункер, выполненный биконически-цилиндрическим так, что его днище образовано малым конусом, а крышка – трапециевидными лепестками, малый и большой конусы со штангами, кожух межконусного пространства, грузовую чашу большого конуса, имеет существенные отличия, заключающиеся в том, что в осевое технологическое отверстие большого конуса установлено износостойкое контактное кольцо, а запорный конус осевого технологического отверстия большого конуса подвешен на штанге, пропущенной через полую штангу большого конуса, и снабжен приводом, расположенным на траверсе штанги большого конуса, при этом штанга запорного конуса имеет опорную пяту и снабжена блоком компенсирующих пружин, расположенных между опорной пятой и тягой привода запорного конуса, а на внутренней поверхности большого конуса установлена направляющая воронка, диаметр отверстия которой равен 1,1-1,25 диаметра запорного конуса.

На фиг.1 изображен общий вид загрузочного устройства доменной печи; на фиг.2 – межконусное пространство укрупнено, на фиг.3 – схема привода запорного конуса.

Загрузочное устройство доменной печи содержит приемную воронку 2, в которую шихтовые материалы поступают из скипа 1, съемную бикриволинейную направляющую плиту 3, направляющую воронку 4, лепестки 5, приводы 6 лепестков 5, корпус 7 лепесткового распределителя шихты, накопительный бункер 8, малый конус 9, контактное кольцо 10 малого конуса 9, износостойкое контактное кольцо 11 осевого технологического отверстия большого конуса 12, чашу 13 большого конуса 12, направляющую воронку 14, установленную на внутренней поверхности большого конуса 12, запорный конус 15 осевого технологического отверстия большого конуса 12, штангу 16 запорного конуса 15, полую штангу 17 большого конуса 12, защитные кольца 18 штанги малого конуса 9, полую штангу 19 малого конуса 9, нижнюю траверсу 20 штанги 19 малого конуса 9, траверсу 21 штанги 17 большого конуса 12, привод 22 запорного конуса 15, тягу 23 траверсы малого конуса 9, верхнюю траверсу 24 штанги 19 малого конуса 9 и балансирное устройство 25. Привод 22 запорного конуса 15 содержит мотор-редуктор 26, приводную шестерню 27, рабочее колесо 28 с гайкой, винт 29 винтовой передачи, опорную пяту 30 штанги 16 запорного конуса 15, блок 31 компенсирующих пружин.

Загрузочное устройство доменной печи работает следующим образом. Шихтовые материалы (агломерат, окатыши, кокс и добавки) подают скипами 1 в приемную воронку 2. Съемная (для удобства замены) бикриволинейная направляющая плита 3, установленная со стороны, противоположной наклонному мосту, не позволяет перетекать шихтовым материалам из правого скипа 1 на левую сторону приемной воронки 2, а из левого скипа 1 на правую сторону приемной воронки 2, что значительно снижает все виды неравномерности. Далее шихта через направляющую воронку 4 поступает в лепестковый распределитель шихты 7. Лепестки 5 образуют в закрытом положении конусную поверхность с кольцевым отверстием, коаксиальным штанге 19 малого конуса 9. При помощи лепестков 5 трапециевидной формы изменяют величину кольцевого отверстия с помощью индивидуальных приводов 6 (привод может быть механическим или гидравлическим). Материалы, которые выгружаются из приемной воронки 2 через упомянутый кольцевой зазор между лепестками 5 и штангой 19 малого конуса 9, ссыпаются в промежуточный осесимметричный накопительный бункер 8, выполненный биконически-цилиндрическим так, что его днище образовано малым конусом 9, а крышка – трапециевидными лепестками 5. Объем промежуточного осесимметричного накопительного бункера 8 обеспечивает размещение в нем полной подачи из четырех скипов 1, что позволяет осуществлять шлюзование шихтовых материалов в межконусное пространство на большой конус 12 за одно открытие малого конуса 9. Так как при загрузке накопительного бункера 8 используется эффект “песочных часов”, шихта в накопительном бункере 8 образует правильный конус распределения шихтовых материалов через лепестковый распределитель шихты 7. Выполнение промежуточного накопительного бункера 8 осесимметричным и биконически-цилиндрическим позволяет сохранить полученную равномерность распределения шихты. В случае необходимости лепестки 5 целиком открываются, пропуская негабарит шихты в накопительный бункер 8. При открытии малого конуса 9 подача, накопленная в бункере 8, равномерно распределяется в межконусном пространстве засыпного аппарата на большом конусе 12 и дальше также равномерно распределяется по окружности печи при открывании большого конусу 12 в колошниковом пространстве доменной печи. Управление ходом печи “сверху” с использованием такого распределителя 7 осуществляется в режиме управления открыванием лепестка 5 или группы лепестков 5, в нужном секторе. В этом случае производится загрузка печи в нужный сектор, что позволяет устранить, например, канальный ход печи. В цикле загрузки печи предусматривается подача дозы кокса непосредственно в центр колошника печи через осевое технологическое отверстие большого конуса 12, для чего на большом конусе 12 собирают подачу с последним одним или двумя скипами кокса. Для увеличения стойкости и надежности работы большого конуса 12 с технологическим отверстием, за счет обеспечения плотности контакта в осевое технологическое отверстие большого конуса 12, установлено износостойкое контактное кольцо 11, которое вместе с запорным конусом 15 осевого технологического отверстия большого конуса 12 образует конусный затвор, который обеспечивает на двухконусном засыпном аппарате загрузку кокса прямым путем в ось печи. Работу конусного затвора обеспечивает винтовая передача, приводимая в движение приводом 22, размещенным на траверсе 21 штанги 17 большого конуса 12, и включает в себя два мотор-редуктора 26 (мощность каждого из которых обеспечивает нормальную работу конусного затвора) и одноступенчатый (шестерня 27 и рабочее колесо 28) зубчатый редуктор, в рабочем колесе 28 которого выполнена силовая гайка винтовой передачи (рабочее колесо 28 и винт 29 винтовой передачи). Размещение привода на траверсе 21 штанги большого конуса 12 дает возможность как совместного, так и раздельного движения большого конуса 12 и запорного конуса 15 затвора, что обеспечивает большие технологические возможности по управлению качеством загрузки шихтовых материалов по площади колошника доменной печи. Штанга 16 запорного конуса 15 имеет в верхней части опорную пяту 30, усилие на которую от привода передается через блок компенсирующих пружин 31, расположенных между опорной пятой 30 штанги 16 и траверсной тяги привода. Это, с одной стороны, дает возможность регулировки усилия прижатия запорного конуса 15 затвора к износостойкому контактному кольцу 11, с другой – при резком повышении давления в межконусном пространстве (взрыв газа) дает возможность соединить межконусное пространство с полостью печи, оставляя большой конус 12 в закрытом положении. На внутренней поверхности большого конуса 12, ниже контактного кольца, установлена направляющая воронка 14, которая изменяет направление потока кокса к центру печи. Минимальный диаметр отверстия направляющей воронки 14 Д_min=1,1Д_кон (диаметр запорного конуса 15) выбран из условий монтажа (при меньшем диаметре невозможно завести и подвесить запорный конус 15), а максимальный Д_max=1,25Д_кон выбран на основе лабораторного эксперимента, который показал, что при Д_max=1,25Д_кон шихта, в зависимости от уровня поверхности засыпи в печи, распределяется строго в осевой зоне печи. С увеличением диаметра направляющей воронки 14 больше 1,25 Д_кон площадь засыпи пропорционально увеличивается, что нарушает газодинамику печи, снижая интенсивность центрального газового потока.

Загрузочное устройство доменной печи предложенной конструкции позволяет увеличить производительность доменной печи и снизить расход кокса за счет расширения возможностей управления распределением шихтовых материалов по радиусу колошника печи двухконусным загрузочным устройством, а также увеличить стойкость и надежность его работы.

Источники информации

1. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна. – К.: Вища школа, 1981. – 496 с.

2. Загрузочное устройство доменной печи с загрузкой части кокса в осевую зону/ В.П.Тарасов, А.Ф.Айкашев, В.Н.Булава и др. // Обзорная информация. – М.: ин-т “Черметинформация”, 1991. – 26 с.

3. Особенности работы конусного загрузочного устройства с осевым технологическим отверстием при использовании типовых систем загрузки / В.П.Тарасов, А.А.Томаш, В.Н.Булава и др. // Обзорная информация. – М.: ин-т “Черметинформация”, 1991. – 26 с.

4. Патент Украины №53231, МПК⁷ С21В 7/20, 2003.

Загрузочное устройство доменной печи, содержащее приемную воронку со съемной бикриволинейной направляющей плитой, установленной со стороны, противоположной наклонному мосту, распределитель шихты, выполненный в виде трапециевидных лепестков с индивидуальными приводами их поворота относительно оси, совпадающей с большим основанием трапеции, промежуточный осесимметричный накопительный бункер, выполненный биконически-цилиндрическим так, что его днище образовано малым конусом, а крышка – трапециевидными лепестками, малый и большой конусы со штангами, кожух межконусного пространства, грузовую чашу большого конуса, отличающееся тем, что в осевое технологическое отверстие большого конуса установлены износостойкое контактное кольцо и запорный конус, подвешенный на штанге, пропущенной через полую штангу большого конуса, и снабженный приводом, расположенным на траверсе штанги большого конуса, при этом штанга запорного конуса имеет опорную пяту и снабжена блоком компенсирующих пружин, расположенных между опорной пятой и тягой привода запорного конуса, а на внутренней поверхности большого конуса установлена направляющая воронка, диаметр отверстия которой равен 1,1-1,25 диаметра запорного конуса.

Как эксплуатировать доменную печь

Содержание

Экспериментальные установки
Экспериментальные операции
Обсуждение результатов

В последнее десятилетие экспериментальная доменная печь вызывает все больший интерес как практическое средство для исследования широкого диапазона проблем доменной плавки. В условиях экспериментальной печи информация может быть получена с меньшими затратами времени и сырья и, следовательно, с меньшими затратами, чем сопоставимая информация может быть получена в условиях промышленной эксплуатации. Кроме того, экспериментальная печь может эксплуатироваться за пределами диапазона бесперебойной работы, вплоть до отказа, чтобы очертить пределы работоспособности. Такое отклонение от обычной практики эксплуатации было бы экономически неприемлемым в промышленных операциях, где может быть нарушена стабильность производства и эксплуатации.

Экспериментальная доменная печь Федерального бюро горнодобывающей промышленности в Брюстоне, штат Пенсильвания, недалеко от Питтсбурга, эксплуатируется и находится в стадии разработки с 1951 года. экспериментальная доменная печь с промышленной доменной печью не была известна.

Чтобы восполнить этот недостаток, в течение примерно 2 лет (1955-57) работы были направлены на то, чтобы показать, что условия испытаний и результаты работы, полученные с экспериментальной доменной печью, могут быть воспроизведены от одной серии испытаний к другой. Затем в период с 15 мая по 21 сентября 19 г.57 были проведены испытания, сравнивающие экспериментальную работу в 4-футовой доменной печи непосредственно с промышленной работой в 28-футовой доменной печи.

Имеющаяся информация указывала на то, что максимальная скорость ветра, которую можно было эффективно использовать в печи Fairless, составляла 85 000 стандартных кубических футов в минуту, когда 50 процентов рудной шихты составлял мягкий агломерат. Выше этой скорости ветра движение запасов становилось неравномерным, а анализы металлов были ошибочными. С экспериментальной печью, загруженной идентичным сырьем и работающей так, чтобы такие параметры, как количество кокса, объем шлака, основность шлака и состав металла, близко соответствовали результатам Fairless при скорости ветра 85 000 стандартных кубических футов в минуту, было обнаружено, что максимальная скорость ветра которое можно было эффективно применить к экспериментальной печи, составляло 900 стандартных кубических футов в минуту. Таким образом, указанный коэффициент корреляции для максимальной рабочей скорости ветра составлял примерно 95:1. Затем этот коэффициент использовался в оставшейся части испытаний для определения скорости ветра, которая должна применяться к экспериментальной печи, чтобы приблизиться к сопоставимым условиям движения.

Дополнительные коэффициенты корреляции были получены при работе экспериментальной печи на второй шихте, такой же, как та, которая используется в печи Fairless и в печи South Works компании United States Steel Corp. используемые в промышленных печах, выплавлялись в опытной печи. Опытные работы поддерживались в диапазоне, где поток газа и движение штока были достаточно плавными и регулярными. Затем данные по производству металла, скорости ветра, температуре дутья, перепаду давления в колонне массы и содержанию сухой пыли в выходящем газе сравнивались с эквивалентами для промышленных печей. Корреляция между печью с 28-футовым подом и печью с 4-футовым подом показала, что скорость ветра и производительность промышленных печей могут быть примерно 9%. в 5 раз больше, чем у опытной печи; температура дутья от двух третей до трех четвертей температуры экспериментальной печи; и сухой пыли в 1-1/3 раза больше, чем в опытной печи.

Когда работа была направлена на то, чтобы показать, что условия испытаний и рабочие результаты могут быть воспроизведены, была также разработана информация по таким вопросам, как: (1) производство шпигелейзена из мартеновских шлаков для извлечения марганца, (2) замена кокса антрацитом в топливная шихта, (3) плавка титаносодержащих руд, (4) плавка сырых необожженных окатышей и (5) плавка различных смесей или комбинаций отечественных и зарубежных руд в естественном или переработанном состоянии.

Экспериментальное оборудование

Помещение для опытных работ состояло из опытной доменной печи и вспомогательного оборудования для подачи, нагрева и увлажнения дутья; сушка, сортировка и загрузка сырья; и утилизация железных и шлаковых продуктов. Предусмотрена аппаратура для автоматического регулирования температуры дутья, нагрева УВТ и влажности УВТ. Объем холодного воздуха контролировался вручную и измерялся расходомером диафрагменного типа. Все оборудование было подобрано по размерам и рабочим характеристикам в соответствии с предполагаемым набором операций, которые должны были выполняться в экспериментальной печи.

Экспериментальная печь соответствовала общему типу промышленных доменных печей. Тем не менее, он не был уменьшен одинаково во всех размерах, а был спроектирован с такой высотой пакета и внутренним диаметром, чтобы время удерживания в твердом состоянии можно было приблизить к работе в более низком диапазоне скоростей ветра. Скорость газа будет приближаться к верхнему диапазону объемов воздушного дутья, которые могут быть применены к экспериментальной печи.

На рис. 1 показаны основные размеры печи, использовавшейся в этих экспериментах.

Рабочая высота печи составляла 21 фут 4 дюйма от центральной линии фурм до линии ложа. Внутренний, или рабочий, объем между фурмами и линией стапеля составлял примерно 327 кубических футов. Три фурмы с диаметром сопла 1-3/4 дюйма были расположены с интервалом 120°. Колошник был оборудован вращающимся приемным бункером для распределения шихтовых материалов, большим и малым колпаковыми отсеками для подачи сырья в шахту печи и двумя выпускными отверстиями на колошнике для отвода газообразных продуктов.

Опытно-промышленные работы

Важнейшими статьями в экономике доменного производства являются производительность металла и расход кокса. Скорость производства зависит от содержания железа в руде и ее пропускной способности, что, в свою очередь, зависит от скорости ветра, которую можно эффективно применять. Расход кокса на единицу продукции, обычно выражаемый в фунтах на тонну чугуна, почти полностью определяется максимальной долей шихты, которую можно выплавить при данной скорости ветра и температуре дутья. Для этого исследования планировалось работать при соотношениях шихты, аналогичных тем, которые используются в промышленных печах, а затем определить максимальную скорость ветра, при которой можно было бы поддерживать бесперебойную работу при производстве металла промышленного качества.

В экспериментальной печи Бюро были выплавлены три различные сырьевые шихты, которые использовались в промышленных масштабах в подовых печах диаметром 28 футов на заводах Fairless и South Works компании United States Steel Corp.. В таблице 1 приведены относительные физические характеристики экспериментальных и промышленных печей, а в таблице 2 — основные составляющие используемых материалов.

Разнообразие состава материалов, как показано в таблице 2, указывает на широкую область исследуемых сравнительных операций. Фиксированного углерода в коксе Fairless было 9.0,8 процента, а в коксе South Works – 91,6 процента. Зольность коксов Fairless и South Works составила 8,3 и 6,8% соответственно. Известняк и доломит имели размеры 15/16 дюймов на 2 дюйма и ¾ дюйма на 1-7/8 дюймов соответственно. Весь кокс был размером ¾ дюйма на 2 дюйма.

Пропорции различных компонентов шихты в серии испытаний показаны в таблице 3.

Имелась информация о максимальной скорости ветра в печи Fairless, в которой 50 процентов рудной шихты составлял мягкий агломерат. Максимальный ветер, который можно было эффективно применить при работе с этим бременем, составлял 85 000 стандартных кубических футов в минуту. Движение запасов стало нерегулярным, а анализы металлов были ошибочными, когда эта скорость ветра была превышена. Экспериментальная печь была загружена идентичным сырьем и работала так, что такие параметры, как количество кокса, объем шлака, основность шлака и состав металла, близко соответствовали результатам Fairless при скорости ветра 85 000 стандартных кубических футов в минуту. В этом тесте скорость ветра постепенно увеличивалась, чтобы определить максимальную скорость для плавной работы.

Экспериментальная печь была введена в стабильную работу на мягкой агломерационной шихте Fairless (50 процентов агломерата, 25 процентов просеянной руды и 25 процентов полученной руды) при скорости ветра 600 стандартных кубических футов в минуту и коэффициенте шихты 1,95, руда в кокс. Затем скорость ветра увеличивали на 50 стандартных кубических футов в минуту с 24-часовыми интервалами до тех пор, пока движение массы не стало неравномерным, а анализы металла стали ошибочными, и печь вышла из строя. Максимальный рабочий уровень ветра для опытной печи на описанной шихте составил 900 стандартных кубических футов в минуту. В табл. 4 показано сходство указанных позиций для двух печей, промышленной и опытной, при соответствующих максимальных скоростях ветра.

Таким образом, указанный коэффициент для максимальной рабочей скорости ветра был примерно 95 для переноса из экспериментальной печи в доменную печь с диаметром пода 28 футов (то есть 85 000, деленное на 900).

Скорость ветра была единственным параметром, подходящим для корреляции по шихте мягкого агломерата из-за относительно короткого времени, в течение которого печь Fairless работала при скорости ветра 85 000 стандартных кубических футов в минуту. Тем не менее, были доступны обширные данные о промышленных операциях по твердому агломерату Fairless и шихтам South Works Mesabi. Экспериментальная печь эксплуатировалась на этих шихтах в условиях, которые соответствовали скорости движения, расходу кокса, объему и основности шлака, а также составу металла в больших печах. Выведенный ранее коэффициент для соотношения скорости ветра в малых и больших печах (одна девяносто пятая скорости ветра в промышленной печи) затем был использован для определения скорости ветра, которая должна быть применена к экспериментальной печи, чтобы приблизиться к сопоставимым условиям работы. Элементы содержания кокса и шлака, основность шлака и состав металла строго контролировались, чтобы привести их в соответствие с условиями промышленной печи, загрузив их идентичным сырьем при почти эквивалентных весовых соотношениях на загрузку.

Экспериментальная печь работала на твердой аглошихте Fairless при скорости ветра 1050 стандартных кубических футов в минуту (одна девяносто пятая из 100 000 стандартных кубических футов в минуту Fairless скорость) и при расходе кокса 1344 фунта на тонну горячего металла. Эксплуатация бремени South Works Mesabi проводилась при скорости ветра 960 стандартных кубических футов в минуту (одна девяносто пятая от 91 000 стандартных кубических футов в минуту скорости South Works) и при расходе кокса 1578 фунтов на тонну чугуна. . Сходство данных для различных изделий опытной и промышленной печей (28-футовый под) показано в таблице 5.

Обсуждение результатов

Регулируя условия работы экспериментальной печи так, чтобы они были почти аналогичны промышленным условиям, были получены данные о производительности, температуре горячего дутья, расходе сухой пыли и падении давления. Сравнение перепада давления основано на разнице между давлением в фурме и верхушке для каждой печи. Отношение данных промышленных печей к данным экспериментальных печей показано в таблице 6.

Факторы, связывающие результаты экспериментальных печей с промышленными операциями, хорошо совпадают для твердого агломерата и шихты Месаби. Таким образом, приблизительные коэффициенты для перевода экспериментальных данных в натурные режимы работы печей с 28-футовым подом составляют: производительность – 95; падение давления 3,6; запыленность 1,33; температура горячего дутья от 0,7 до 0,8.

Эти коэффициенты корреляции обеспечивают основу для применения информации об экспериментальных операциях в промышленных доменных печах для новых или необычных шихтовых материалов, различных составов шлака, различных комбинаций сырья в шихте и различных методов эксплуатации. Таким образом, экспериментальная печь представляет собой практическое средство для получения предварительной информации о сырье с неизвестными плавильными характеристиками в рабочих условиях, которые могут значительно отличаться от обычной промышленной практики. По результатам опытно-печных операций на новом сырье с использованием различных методов эксплуатации можно разумно спрогнозировать такие параметры, как расход кокса, производство металла, расход пыли, перепад давления, температура горячего дутья и максимальная скорость ветра для работы в промышленных печах. Эта информация может быть получена быстро и экономично на экспериментальной установке, тогда как в промышленных условиях информация должна накапливаться постепенно в течение продолжительных периодов эксплуатации, чтобы избежать нарушения нормальной производственной деятельности.

Определение доменной печи, компоненты, эксплуатация, техническое обслуживание – Студенческий урок

В производстве чугуна и стали основным используемым оборудованием является доменная печь, которая обычно содержит композиционные материалы для производства определенного типа металла. Сегодня вы познакомитесь с определением, компонентами, схемой и обслуживанием доменной печи. Вы также познакомитесь с термином доменная печь.

Подробнее: Что такое плавка? и Процесс плавки железной руды

Содержание

1 Что такое доменная печь?
2 Работа от взрывной печи
- - 2.0.1 Смотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе бласточной печи:
3 Hot Blash Plav Пожалуйста, поделитесь!

Что такое доменная печь?

Доменная печь представляет собой тип металлургической печи, используемой для выплавки промышленных металлов, как правило, чугуна, а также других металлов, таких как свинец или медь. Дутье относится к воздуху для горения, который «нагнетается» или подается под давлением выше атмосферного.

Подробнее: Что такое чугун?, его виды и применение

В состав доменной печи входят шихта, отвод отработанных газов, загрузочные колпаки, отвод газа, фурмы, летка, труба суеты, шлаковая шахта, огнеупор футеровка и конвейерная система.

Работа доменной печи

Доменная печь обычно имеет высоту около 30 м и диаметр в самой широкой части 10 м, хотя некоторые современные доменные печи даже больше этого размера. Отливка печи представляет собой тяжелые стальные плиты с очень толстой футеровкой из огнеупорного кирпича, которая охлаждается водой вокруг зоны плавления (или зазора), чтобы избежать повреждения от чрезвычайно высокой температуры внутри. Небольшое увеличение диаметра к основанию допускает некоторое расширение штока по мере его опускания, а у втулки происходит уменьшение диаметра, где начинается плавление и уменьшается объем штока.

Подробнее: Процесс термической обработки черных металлов

Втулку окружает трубка, которая распределяет струю горячего воздуха на десять или более сопел или фурм (произносится как «твиры»), равномерно расположенных вокруг печи. Каждая фурма с водяной рубашкой для охлаждения имеет диаметр около 125–175 мм и подает мощный и очень горячий воздушный поток прямо в середину топки, вызывая сильное горение кокса. Эта принудительная тяга переносит горячий топочный газ вверх по дымовой трубе, через отвод и в стояк. Он проходит через газоочистку и попадает в газгольдеры и готов к использованию в воздухонагревателе для нагрева воздуха для печей.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе доменной печи:

Подробнее: Свойства и состав чугуна

В печи необходимо поддерживать уровень запасов и через равные промежутки времени взвешивать руду; добавляют кокс и известняк (а иногда и немного металлолома). Сырье транспортируется в скипах, которые выгружаются во вращающийся бункер, который равномерно распределяет шихту, а затем поступает в печь через механизм двойного колпака. Это необходимо для обеспечения газового затвора, так как доменная печь не может быть остановлена в любой момент в течение длительного периода работы.

Воздухонагреватель

Каждая доменная печь обычно оборудована тремя воздухонагревателями, которые сжигают печной газ для нагрева дутья воздуха. Каждая высотой почти с домну, до 7 и 8 м в диаметре. Внутри нее расположены соты из огнеупорной кладки и топочная камера, в которой происходит воспламенение газа, рама, проходящая через соты и нагревая ее на пути к дымовой заслонке, закрывается и доменная печь выводится на воздух; то есть воздушный поток приводится в движение мощными турбонагнетателями, проходит и поглощает аккумулированное тепло. Температура воздуха достигает от 650 до 800°С.

Подробнее: Сырье, используемое для производства чугуна и стали

Обычно две доменные печи работают «на газе» (нагрев), а третья — на воздухе. Когда эта печь остынет, ее снова включают на газ, а другую доменную печь — на воздух, причем все три используются поочередно.

Техническое обслуживание доменной печи

Доменные печи обычно работают днем и ночью в течение нескольких лет. Есть вероятность, что кирпичная футеровка начнет крошиться, тогда печь остановят на техническое обслуживание. Работа доменной печи постоянно контролируется, так что температура и время проверяются и регистрируются.

Химический состав железной руды, полученной из различных шахт, подвергается крекингу, и руда смешивается с другой железной рудой для получения желаемого заряда. Ожидается, что образцы будут взяты из каждой заливки и проверены на их химический состав и механические свойства, включая прочность и твердость. Считая, что это сделано, послужит контроль качества доменной печи.

Подробнее: Различные типы металлов и их классификация

Это все, что касается этой статьи, где объясняются определение, работа, компоненты, схема и обслуживание доменной печи. Я надеюсь, что вы получили много от чтения, если да, пожалуйста, поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз!

Blast Furnace Process Automation, Measurement, and Control System – IspatGuru

Blast Furnace Process Automation, Measurement, and Control System

satyendra
September 25, 2021
0 Comments
Above burdan probe, доменная печь, автоматизация доменной печи, магистраль данных, HART, человеко-машинный интерфейс, датчик шихты, MODBUS, ПЛК, измеритель профиля, детектор линии массы,

Система автоматизации, измерения и управления процессами доменной печи

Эффективная работа современной доменной печи требует высокой степени автоматизации в сочетании с измерительной системой и системой контроля и управления. Система управления процессом доменной печи в сочетании с системой оптимизации доменной печи обеспечивает высокий уровень интеллектуальной автоматизации доменной печи. Оптимальное взаимодействие между сложными моделями и экспертной системой обеспечивает всестороннюю помощь операторам установок и сводит к минимуму риск человеческих ошибок.

Задачи, связанные с автоматизацией доменных процессов, системой измерения и управления, которые предстоит решать, варьируются от задач классической теории управления линейными и нелинейными, одно- и многопараметрическими системами в управлении технологическими процессами до вопросов оперативного и производственного управления. Для этого должны применяться сложные операционные системы. Эти системы должны запускать и останавливать специальные программные модули («задачи») автоматически, без оператора, чтобы выполнить так называемое «условие реального времени», при этом компьютер должен был полностью отреагировать в четко определенное максимальное время (крайний срок). к событию в процессе. Сроки варьируются от нескольких минут до нескольких секунд.

Система автоматизации, измерения и управления процессами доменной печи является одним из основных факторов успешной работы доменной печи и относится к ключевым факторам ее экономической эффективности. Сложность доменного процесса в сочетании с растущими требованиями к эффективности и снижению воздействия на окружающую среду потребовали изменения стратегии управления технологическим процессом. В прошлом статические расчеты, основанные на принципах черного ящика, использовались для предварительного определения некоторых основных уставок с ограниченной обратной связью от процесса. Этот тип управления может дать приемлемые результаты только тогда, когда процесс имеет небольшое отклонение от стационарной рабочей точки. Из-за нестабильности процесса небольшие возмущения могут вызвать значительное отклонение от рабочей точки, что требует коррекции уставки, для которой обычно используются методы ИИ (искусственного интеллекта).

При изменении состава шихты и различных режимах эксплуатации необходимо учитывать динамику процесса, обеспечивая пересчет уставок и немедленную обратную связь в режиме реального времени. Одной из предпосылок для динамического управления процессом была разработка датчиков и методов измерения, которые в режиме реального времени дают информацию о состоянии процесса. Оценка динамических моделей позволяет перейти от наблюдения за процессом к упреждающему управлению в режиме реального времени. Различные подходы отражают конкретную ситуацию и философию управления. В настоящее время система управления доменным процессом основана на динамических моделях и позволяет осуществлять управление в режиме реального времени. Основной подход состоит в том, чтобы рассматривать доменную печь как систему, включающую водяное охлаждение, в которой осуществляется подача материала и энергии, протекают экзотермические и эндотермические химические реакции, а энергия рассеивается в виде потерь тепла на охлаждаемые водой поверхности и в виде явного тепла в выхлопных газах. газ.

Эксплуатация с оптимизацией затрат, усовершенствование процесса без ущерба для выбора шихтового материала, высочайшее качество продукции, а также достижение и поддержание желаемой производительности являются основными задачами передовой системы автоматизации, измерения и управления процессом доменной печи. Оптимизированный расчет шихты с точными химическими целевыми параметрами и последующее регулирование с обратной связью составляют основу для производства чугуна и шлака высокого качества при одновременном снижении энергопотребления. Система оптимизации обеспечивает легкий доступ ко всем параметрам процесса, свойствам материалов и данным о производительности, включая информацию о загрузке, химическом и физическом материале шихты и измерениях процесса, чтобы можно было определить оптимальные условия для производства чугуна и шлака на самом высоком уровне качества. .

Система автоматизации, измерения и управления процессами доменной печи представляет собой высокоточное управление технологическим процессом с оперативной оперативной графической информацией. Обеспечивает стабильную, воспроизводимую работу доменной печи с постоянным качеством чугуна. Это обеспечивает независимую от смены работу установки, при которой ручное взаимодействие сводится к минимуму. Результатом является бесперебойная работа доменной печи в течение всего времени, увеличение срока службы оборудования и снижение производственных затрат. На рис. 1 показан общий вид системы автоматизации, измерения и контроля процесса доменной печи.

Рис. 1. Обзор системы автоматизации, измерения и управления доменным процессом

Преимущества системы автоматизации, измерения и управления доменным процессом включают (i) высокую производительность, что означает поддержание хода дутья печь на максимальной производительности при минимальном потреблении электроэнергии и топлива, (ii) высокое и стабильное качество продукции, что означает поддержание химических свойств чугуна и шлака на требуемом уровне, (iii) снижение расхода топлива при сохранении температуры печи постоянство чугуна за счет небольших изменений расхода топлива в зависимости от тепловых условий доменной печи, (iv) стабильная, независимая от смены и передовая практика работы доменной печи в течение всего дня для обеспечения эффективного производства, (v) простая интеграция широкого спектра металлургических моделей и комплектов с системой автоматизации, измерения и управления, (vi) быстрое и гибкая реакция на изменение требований, (vii) возможности для будущих расширений системы и (viii) очень быстрая окупаемость инвестиций.

Автоматизация, измерение и управление процессами доменной печи обычно состоят из систем PLC (программируемый логический контроллер) и HMI (человеко-машинный интерфейс) на уровне автоматизации 1, которые обеспечивают управление всеми критическими процессами. Эти средства управления дополняются решениями Уровня 2 (модели процессов, экспертные системы и программные средства), охватывающие либо всю работу доменной печи, либо отдельные части процесса производства чугуна (доменные воздухонагреватели, загрузку доменных печей и т. д.). Экспертная система используется для интегрированных решений уровня 2 для доменной печи. Эта передовая система поддержки процесса включает в себя управление доменной печью, анализ данных в режиме реального времени и оптимизацию процесса, а также отложенный анализ данных доменной печи. Это позволяет операторам оптимизировать производство чугуна, получать помощь от системы, основанной на знаниях, и сообщать о показателях производительности и производственных показателях.

В общей системе автоматизации, измерения и управления технологическими процессами используются компьютеры, программируемые контроллеры и микроконтроллеры, которые связаны в виде локальной сети управления для осуществления всех коммуникаций с уровня предприятия на завод и наоборот оптимальным образом. Интеллектуальные системы управления двигателем, интегрированные с системой управления, обеспечивают распределенное управление и дополнительные данные о техническом обслуживании для улучшения диагностики и производительности полевого оборудования.

Система автоматизации, измерения и управления процессами доменной печи имеет (i) высокоскоростные открытые сети с возможностью резервирования, (ii) полные кабели ввода-вывода (ввода/вывода) и конструктивные решения для снижения стоимости установки, ( iii) как минимум, контрольно-измерительные приборы HART (Highway Addressable Remote Transducer Protocol) с возможностью интерфейса HART в системе управления, (iv) система управления активами, способная обслуживать все активы предприятия, включая систему управления, (v) бесшовный интерфейс с уровнем 2 приложения для оптимизации процессов (если они еще не были выполнены на уровне 1) и исторические данные с уровнем 2, которые легко расширяются с помощью платформы управления уровня 1, (vi) данные уровня 0/1 сохраняются в файле истории для использования в ЧМИ, или на Уровне 2/3, (vi) технологические и эксплуатационные отчеты и (vii) операторские данные и данные технического обслуживания/диагностические системы. Протокол связи HART представляет собой гибрид аналогового и цифрового открытого протокола промышленной автоматизации. Его наиболее заметное преимущество заключается в том, что он может обмениваться данными через устаревшие токовые петли аналоговых приборов 4–20 мА, используя пару проводов, используемых только аналоговыми хост-системами.

Типичная система автоматизации доменной печи использует контроллеры процессов, операционные станции, интегрированные в высокоскоростную одноранговую сеть «Modbus plus». Это приводит к высокоточному управлению технологическим процессом с оперативной оперативной графической информацией. Главным образом оптимизация воздухонагревателя и шихты с надежными блокировками для надежной и безопасной загрузки доменной печи и распределения шихты обеспечивает стабильную, воспроизводимую работу доменной печи с постоянным качеством чугуна

Поскольку доменная печь представляет собой очень простой реакционный сосуд, трудно напрямую и деликатно контролировать условия внутри нее. Кроме того, поскольку процессы в доменной печи изменяются очень медленно, при нарушении стабильной работы печи восстановить нормальное состояние очень трудно. Следовательно, для поддержания стабильной работы необходимо отслеживать очень небольшие изменения состояния внутри печи и принимать соответствующие своевременные меры. С этой целью технологический компьютер собирает и вычисляет данные от датчиков, установленных в различных точках доменной печи, и, таким образом, контролирует состояние печи в режиме реального времени. При обнаружении каких-либо изменений, которые могут негативно повлиять на стабильную работу доменной печи, он выдает инструкции по действиям для операторов печи.

В частности, функции контроля и управления системы управления технологическим процессом доменной печи включают (i) управление загрузкой руды и кокса путем расчета коэффициента загрузки железной руды и кокса и последовательного порядка их загрузки, ( ii) управление процессом загрузки путем установки режима работы вращающегося загрузочного желоба таким образом, чтобы реализовать адекватное распределение руды и кокса по окружности, (iii) управление воздухонагревателем путем управления горением в горячих воздухонагревателях таким образом, чтобы дутье подается стабильно, (iv) управление печью путем оценки состояния внутри печи на основе информации от различных датчиков и (v) управление выпуском чугуна и жидкого шлака с контролем количества и качества выпускаемого чугуна. Как показано выше, система автоматизации, измерения и контроля процесса доменной печи играет очень важную роль в работе доменной печи.

В современной доменной печи установлено около тысячи датчиков. Такое огромное количество датчиков в обычных аналоговых приборах трудно установить в широкой области производства чугуна. Развитие микроэлектроники и систем передачи данных, таких как магистрали данных, позволяет внедрять распределенные цифровые приборы. Существует несколько преимуществ цифровых приборов по сравнению с обычными аналоговыми приборами, таких как (i) возможность построения систем без помех, особенно электромагнитного шума, (ii) возможность использования расширенной обработки сигналов и расширенных функций управления, (iii) надежность системы может быть улучшены за счет использования двойных функций, (iv) с помощью дисплея с ЭЛТ (электронно-лучевой трубкой) можно получать больше информации с компактного пульта управления, чем с предыдущей огромной аналоговой приборной панели, (v) гораздо проще изменять или улучшать системы или функции, (vi) легче обмениваться информацией с главными компьютерными системами, и (vii) стоимость установки намного дешевле, чем у обычных аналоговых приборов с точки зрения расширенных функций. По этим причинам цифровые приборы обычно используются для автоматизации процессов доменной печи, измерения и системы управления.

Эффективное управление доменной печью требует надежных измерений условий внутри печи. Температуры в нижней половине печи могут повышаться до более чем 2000 градусов по Цельсию, когда большинство интрузивных технологий измерения ненадежны, поэтому большинство измерений в печи проводится над поверхностью шихты или вблизи нее. Надежная работа датчика важна для регулярной поддержки обработки данных, моделей процессов печи и систем контроля за работой печи. Надежные датчики помогают оператору доменной печи установить (i) профиль температуры колошникового газа и химический состав колошникового газа, (ii) траектории падения материала, уровень и профиль шихты, (iii) нарастание слоя шихты, перемешивание и характер опускания, ( iv) газовые и температурные профили в колонне шихты, (v) состояние канала и коксового слоя, и (vi) качество чугуна и операции выпуска. Наиболее важные методы прямой или косвенной количественной оценки распределения шихты включают (i) зонд над породой, (ii) зонд внутри породы, (iii) детектор на линии запаса, (iv) профильный измеритель, (v) вертикальный зонд, (vi) термопары, (vii) манометры на стене печи и (viii) различные измерения. На рис. 2 показано типичное расположение некоторых зондов, используемых в доменной печи.

Рис. 2 Типовая компоновка некоторых датчиков доменной печи

Зонд над шихтой – Зонд над шихтой имеет несколько термопар, прикрепленных к устройству для измерения температуры газа в различных радиальных положениях над шихтой. поверхность. Это дает информацию об условиях газового потока в печи. Области с более низкой проницаемостью пропускают меньше газа, что снижает температуру газа по сравнению с областями с более высокой проницаемостью. Следовательно, показания температуры дают информацию об условиях проницаемости в печи.

Проблема с вышеуказанным датчиком шихты заключается в том, что газ, выходящий с поверхности шихты, смешивается до того, как достигнет датчика. Следовательно, некоторые температуры могут быть как занижены, так и завышены. Следовательно, датчик должен быть установлен ближе к поверхности шихты, что трудно реализовать, поскольку поверхность шихты может изменяться в процессе и в зависимости от производительности. Кроме того, внезапное увеличение запаса, вызванное псевдоожижением, может повредить датчик.

Зонд в породе – Датчики в породе обычно устанавливаются на любой высоте ниже поверхности породы и над когезионной зоной. Следовательно, эти зонды должны выдерживать более высокие температуры и истирание по сравнению с зондами над насыпью. По этой причине они обычно выдвигаются и вставляются только при отборе проб. Зонд в породе измеряет температуру и состав газа в различных радиальных точках. Измерения, как правило, более точны, чем сигналы от зонда над породой, поскольку смешивание не происходит в такой же степени. Однако, строго говоря, результат зависит от того, в каком слое находится точка отбора проб в момент измерения.

Детектор шихты — Детекторы шихты используются для получения информации о высоте поверхности шихты, известной как «линия шихты», после загрузки каждого отвала в печь. Доменная печь запрограммирована таким образом, что отвал загружается в печь только тогда, когда поверхность шихты опускается ниже определенного уровня по вертикали. Детекторы стационарной линии могут быть механическими устройствами (стержнями штока), в которых груз на конце цепи или проволоки опускается до тех пор, пока не будет достигнуто сопротивление в виде поверхности бремени. В современных печах используются бесконтактные методы, такие как радарные системы, которые исключают потерю времени при опускании веса в печь. Внезапное падение уровня массы является признаком проскальзывания, что может беспокоить оператора печи.

Измеритель профиля — Первоначально измерители профиля были механическими устройствами, но теперь они были заменены бесконтактными методами, например, подвижными радарами (подвижным зондом) вдоль горизонтального канала, которые измеряют высоту поверхности шихты в различных радиальных точках. Измеритель профиля также может оценить скорость спуска бремени. Современные измерители профиля имеют радары, закрепленные на поворотных шарнирах, и можно оценить трехмерные поверхности нагрузки, что дает гораздо лучшее понимание, чем измерения в одном направлении. Бесконтактное измерение уровня с помощью радара в доменной печи имеет ряд преимуществ, в том числе (i) надежное измерение, независимое от пыли, состава материала и высоких температур, (ii) высокую достоверность измерения даже во время заполнения и (iii) отсутствие износа и обслуживания. операция.

Вертикальный зонд – Вертикальные зонды используются для определения температуры и состава газа по высоте доменной печи. Эти зонды могут состоять из кабелей в различных радиальных положениях, которые опускаются на поверхность шихты и тянутся вниз движущимися твердыми частицами до тех пор, пока не будет поврежден наконечник, поскольку кабели достигают высоких температур в нижней части печи. Зонды обычно измеряют температуру и давление и могут брать пробы газа на состав. Эти зонды могут быть оснащены камерой для определения распределения частиц по размерам. Длины эродированных зондов также указывают на расположение когезионной зоны в печи. Хотя вертикальные датчики обеспечивают максимальную информацию о печи, они редко используются, поскольку они дороги и требуют сложного оборудования для подачи.

Термопары – На стенах доменной печи установлены термопары, которые также предоставляют важную информацию о работе печи. Например, резкие изменения показаний термопары могут свидетельствовать о выпадении гарнисажа, представляющего собой застойную затвердевшую массу, образовавшуюся на стенках топки.

Суровые условия окружающей среды, вызванные высокими температурами и высоким давлением в печи, значительно сокращают срок службы термопар из-за загрязнения и миграции материалов наконечника. Металлические оболочки, используемые для защиты обычных термопар, не работают при температуре выше 1200°C. Альтернативные оболочки легко ломаются или повреждаются в результате расширения и сжатия керамической кладки во время цикла нагрева. Кроме того, внезапный сброс давления (или «фырканье») может привести к падению показаний температуры на 20–30 °C примерно на 30 секунд. Это делает сигнал термопары непригодным для использования в системах автоматического управления реверсированием печки. Правильно установленная система инфракрасного пирометра обеспечивает точные измерения температуры для применения в печи, преодолевая при этом некоторые проблемы, возникающие при использовании термопар.

Манометры на стене печи – Давление газа измеряется в разных точках на стенах. Когда газ проходит через коксовые щели, его направление горизонтальное, поэтому он влияет на давление у стенок. Следовательно, информацию о давлении можно использовать для оценки формы когезионной зоны.

Другие измерения – Некоторые другие измерения в доменной печи включают (i) давление, температуру и состав колошникового газа, (ii) расход и повышение температуры охлаждающей воды, (iii) условия дутья , (iv) параметры горячего металла и шлака, (v) использование внутрибрюшного зонда и т. д. (vi) инфракрасные камеры для измерения температуры поверхности шихты и (vii) термопары поверхностного потока (или мини-зонды). На эти измерения косвенно влияет распределение нагрузки.

Некоторыми из дополнительных измерительных зондов, которые используются в доменной печи, являются (i) зонд для сканирования материала, (ii) фурменный зонд, (iii) пробоотборник, (iv) ударный зонд, (v) торпедный зонд уровня в ковше, и ( vi) измерение сопротивления в кожухе печи.

Основная функциональность для оптимизации доменной печи

Оптимизация доменной печи — это инновационная система оптимизации процесса, которая поднимает автоматизацию, измерение и управление процессом доменной печи на совершенно новый уровень. Типичное решение, основанное на хорошо протестированной и зарекомендовавшей себя базовой системе, обеспечивает высочайшую доступность и эффективно сочетает в себе сбор, обработку и визуализацию данных. Система демонстрирует надежность и экономичность.

Широкий спектр исходных данных (включая входные сигналы, количество загруженного материала, лабораторные данные, события, результаты моделирования и данные о затратах) хранится в течение всего срока службы установки. Предоставляются специализированные инструменты, которые позволяют связать информацию о процессе с данными анализа и матрицами нагрузки. Гибкие интерфейсы, модульность и надежная программная архитектура позволяют легко адаптировать и поддерживать систему в постоянно меняющихся условиях сырья, принципов работы и возможности подключения к системам сторонних производителей.

В дополнение к надежной базовой системе ряд моделей взаимодействующих процессов помогают операторам и линейным руководителям принимать повседневные решения. Модели металлургического процесса делают доменный процесс прозрачным. В эти модели металлургических процессов обычно включаются специфические требования завода.

Целью динамических моделей является непрерывное отображение и прогнозирование состояния процесса. Он также позволяет управлять различными параметрами процесса с помощью применимой стратегии процесса. Определение состояния процесса основано на информации, полученной от полевых приборов. Некоторыми примерами разработанных моделей являются (i) распределение материала и положение отдельных материальных зон, (ii) распределение газа, (iii) распределение температуры, (iv) тепловое состояние печи и ее частей, (v ) химический состав чугуна и шлака в зоне выпадения, (vi) уровень жидкости горна, (vii) геометрия зон материала (зона когезии, зона выпадения, мертвый человек и долговременное термическое сопротивление) и (viii) геометрия вала ( подмости). Разработанные модели имеют аналитический, эмпирический и эвристический характер. Расчет выполняется циклически, и на выходе этих моделей получаются геометрическое, тепловое и материальное состояние печи и ее характеристики.

Прогностическая модель выполняет моделирование в реальном времени на основе фактических данных о входе печи. Модель зонального типа. Смоделированные процессы представляют собой поток газа, поток материала, тепловой процесс, химический процесс, физический процесс и геометрический процесс. Состояние печи определяется по каждому элементу тепловым и материальным балансом. Расчет основан на информации, полученной от лабораторных и полевых приборов, позволяющих закрывать балансы. В модели используются основные химические реакции.

Сквозная прозрачность в режиме реального времени за счет актуальной визуализации данных и моделей металлургических процессов способствует лучшему сотрудничеству, улучшению рабочих процессов и уменьшению количества ошибок, а также поддерживает принятие решений. Даже важные параметры процесса, такие как температура пламени и процент косвенного восстановления, реализованы в виде мягких датчиков, что делает их неотличимыми от обычных измерений.

Информационные технологии в черной металлургии меняются, и ожидается, что мобильный доступ превзойдет доступ с настольных компьютеров. HMI должен быть спроектирован таким образом, чтобы быть гибким и гибким, будь то рабочий стол или новый мультисенсорный интерфейс. Он должен быть простым, чтобы операторы могли работать более эффективно и результативно.

Используя вместе различные измерения и прошлый опыт, операторы могут получить целостное представление об условиях в доменной печи и определить причину ненадлежащих условий в печи. Ниже кратко описаны процессы автоматизации, измерения и контроля различных участков доменной печи.

Автоматизация загрузки склада и печи – Автоматизация загрузки склада и печи может быть реализована от систем вагонеток с весами до полностью автоматических систем конвейеров / грохотов / питателей, обеспечивающих подачу рудного кокса и других материалов в скиповые или ленточные печи . Это включает в себя возможность создавать рецепты партий удаленно или через ЧМИ с помощью полностью автоматизированной программы «зарядка мастера». Программа отслеживает поток материала от складских бункеров складского помещения до подачи на верхнюю часть печи с коррекцией погрешности сухого веса и компенсацией погрешности взвешивания для поддержания правильного состава и уровня шихты. Важным компонентом полностью автоматизированной системы является добавление системы сбора пыли для удаления и удаления выбросов, образующихся в процессе обработки материалов.

Система загрузки на основе материалов позволяет динамически распределять различные материалы по бункерам склада. Матрица загрузки относится только к доступным материалам, а не к бункерам. Результатом является более гибкая работа установки без необходимости корректировки программы. В качестве альтернативы можно также использовать более сложную версию традиционной матрицы загрузки на основе бункера. Независимо от типа матрицы зарядки разумная компенсация отклонений дозирования считается само собой разумеющейся. Управление складом рассчитывает все возможности перекрытия материала на загрузочном конвейере в случае печи с ленточным питанием. Наряду с комплексными функциями отслеживания материала от склада до верхней части печи достигается бесперебойная и эффективная работа.

Автоматизация загрузки свода печи – Автоматизация загрузки свода печи включает (i) программирование системы управления подачей материала малого/большого колпака, а также управление безколпаковыми системами, (ii) контроль уровня массы на линии и управления, (iii) системы наддува и сброса давления в верхней части печи, (iv) системы смазки, (v) как минимум, контрольно-измерительные приборы HART с возможностью интерфейса HART в системе управления и (vi) безопасная и безопасная конструкция для управления печью клапаны сброса верхнего давления, включая соответствующие гидравлические системы.

Различное зарядное оборудование обеспечивает разную степень контроля над процессом зарядки, что в конечном итоге определяет распределение нагрузки. Однако даже с несколькими вариантами процесс зарядки может стать очень сложным и временами нелогичным.

Интеллектуальные решения по распределению для всех стандартных типов систем распределения материалов обычно предоставляются в случае верхней загрузки без колокола. Интеллектуальная версия наиболее распространенной логики распределения колец улучшена за счет опций, позволяющих включать спиральную зарядку, полные кольца и распределение по весу или времени. В результате возможны гибкие и незначительные модификации распределения между отдельными партиями. Точечная и секторная загрузка обеспечивает гибкую и простую возможность реагировать на фактическое состояние печи в сложных условиях доменной печи. Плавное распределение в произвольной форме представляет собой комбинацию кольцевого и точечного распределения с изменением скорости распределительного устройства. Этот режим сочетает в себе стабильное кольцевое распределение с гибкостью произвольного распределения.

Замкнутый контур управления распределением шихты является уникальной особенностью системы автоматизации стабилизации доменного процесса и снижения расхода топлива. Основываясь на измерениях радиальной температуры в шахте доменной печи, модель рассчитывает модификации схемы распределения для достижения целевого температурного профиля. Система поддерживает либо измерение температуры в породе, либо измерение температуры над породой, основанное на традиционных и акустических методах.

Автоматизация собственно печи и пода – Автоматизация собственно печи и пода включает в себя элементы управления для мониторинга температуры процесса, отслеживания тенденций и аварийной сигнализации, анализа отходящих газов, а также надшихтовых и внутришихтовых зондов. Как часть системы мониторинга, технологические и производственные расчеты и сторонние модели используются для предоставления оперативных указаний. Некоторые из этих данных включают (i) изотермы горна и боковых стенок, (ii) распределение шихты, (iii) измельчение угля и вдувание пылеугольного топлива, (iv) обнаружение фурменных утечек и потери тепла, (v) технологические расчеты, такие как адиабатическая температура пламени, проницаемость и скорость фурмы, а также (vi) данные в/из систем уровня 2 (файлы исторических данных и модели процессов).

Оптимизация работы доменной печи требует точной загрузки сырья, включая агломерат, окатыши, руду, кокс, флюсы и добавки. При изменении уставок загрузки необходимо учитывать расход кокса, основность шлака, фактические анализы сырья и их влияние на параметры доменной печи. Эта процедура сложна и требует помощи компьютерной модели. Модель управления нагрузкой рассчитывает матрицу загрузки на основе оптимизированного состава шихты, а модель распределения нагрузки улучшает использование газа за счет точного распределения материала.

Благодаря системе оптимизации доменной печи операторы имеют полную прозрачность данных по всему процессу. Это огромное разнообразие процессов и метаданных (например, смены, сигналы тревоги и материалы) становится прозрачным, доступным и понятным благодаря кратким отчетам, генерируемым системой. Умные плитки служат застекленными дверями, которые автоматически отображают живую информацию из любимых приложений оператора, даже если приложение не запущено. В случае значительного отклонения от нормальных параметров процесса на главном экране отображаются соответствующие производственные данные, что позволяет оператору принимать важные решения и корректировать ситуацию.

Целью модели управления шихтой является установление точного состава шихты, который удовлетворяет заданным целевым значениям расхода кокса и топлива, основности шлака, качества жидкого чугуна и скорости подачи шихты. Конечным результатом модели управления нагрузкой является матрица начислений, которую можно передать в базовую систему автоматизации для выполнения одним щелчком мыши. В сочетании с экспертной системой модель управления шихтой является центральной частью полностью автоматической оптимизации состава шихты при работе доменной печи.

Преимущества модели управления шихтой включают (i) постоянное качество продукта, что означает поддержание химического состава чугуна и шлака на желаемых уровнях, (ii) модификации шихты, не зависящие от смены, поскольку выполняется расчет нового состава шихты автоматически с использованием новейших анализов сырья и стандартизированных процедур расчета, и (iii) не требуется ручное вмешательство оператора для расчета и активации новой матрицы загрузки.

Бесконусные загрузочные желоба, а также колпаковые загрузочные устройства с подвижной броней позволяют точно распределять рудные и коксовые слои в доменную печь. Модель распределения нагрузки помогает операторам и/или линейным руководителям изменять фактическое распределение, чтобы улучшить схему газового потока и проницаемость нагрузки в соответствии с фактическими требованиями процесса. Модель моделирует спуск шихты по шахте доменной печи и рассчитывает реальную форму слоев материала в верхней части шахты. Он также вычисляет радиальный объем, химические свойства и распределение частиц по размерам с учетом сегрегации материала.

Оперативная модель распределения шихты выполняет расчет на основе фактических данных загрузки и фактических измерений запаса и вычисляет текущее распределение шихты в верхней шахте печи. Это дает оператору возможность своевременно обнаруживать неравномерности в распределении нагрузки. В автономном режиме расчет модели основан на матрице начислений и заранее определенном складском запасе. Автономная модель распределения руды является ценным инструментом для разработки новых матриц распределения для оптимизации схем газового потока и проницаемости руды.

3D-мониторинг футеровки горна – 3D-мониторинг футеровки горна предназначен для безопасного, долговечного и надежного производства в доменной печи. Продолжительность кампании доменной печи в основном определяется сроком службы ее горна. Отсюда ясно, что контроль толщины огнеупора в области стенки и днища горна важен для оценки срока службы футеровки горна.

Модель износа горна включает математические алгоритмы, которые решают обратную задачу теплопередачи в трех пространственных измерениях на основе статистических оценок измерений термопар и теплопроводности огнеупоров. Модель рассчитывает профиль эрозии и формирование затвердевшего слоя гарнисажа. Рассчитанная скорость износа вместе с остаточной толщиной стенок позволяет операторам доменных печей и линейным руководителям прогнозировать срок службы огнеупора горна.

Трехмерная модель мониторинга футеровки горна включает пользовательские интерфейсы и отчеты для визуализации результатов модели за весь срок службы доменной печи. Для каждого расчета на экранах ЧМИ отображаются трехмерные графики линий фактического и максимального износа. Это означает, что контур можно эффективно сравнивать с исходной футеровкой, можно отображать единую изотермическую область с настраиваемой температурой (например, 1150 °C) и выбирать диапазоны горизонтальных и вертикальных углов.

Модель расчета термического индекса – Потребление энергии и производительность доменной печи отражаются термическим индексом, который впоследствии можно использовать для прогнозирования изменения температуры чугуна и содержания кремния. Результат моделирования используется в качестве входных данных в экспертную систему доменной печи для контроля теплового состояния доменного процесса.

Модель расчета шахты – Модель выполняет расчет баланса массы на основе фактических данных загрузки с использованием материалов одной шихты, состоящей из одного слоя кокса и одного слоя шихты. Эти отдельные загрузки отслеживаются от верха печи до фурменной зоны. Результаты отображаются графически и позволяют оператору отслеживать изменения состава и распределения шихты. Модель также рассчитывает время, когда изменения шихты становятся эффективными для чугуна и шлака.

Модель правдоподобия баланса массы и энергии . Эта модель автоматически генерирует отчеты на основе фактических данных загрузки, процесса и производства за заранее определенный период времени с учетом времени пребывания материала в доменной печи. Расчет баланса массы и энергии используется для обнаружения накопления щелочных и цинковых цепей или выявления систематических неточностей измерений. Последующий алгоритм правдоподобия баланса указывает наиболее вероятные источники ошибок измерения.

Автоматизация литейного цеха – Стабильные и воспроизводимые операции выпуска необходимы как для качества чугуна, так и для организации бесперебойного и эффективного доменного процесса. Кроме того, чистая и безопасная рабочая среда в литейном цехе достигается за счет хорошей планировки, доступности и эргономики. Машины литейного двора должны работать вместе, чтобы обеспечить эту среду. Автоматизация литейного двора обеспечивает бесперебойную и безопасную работу литейного двора. Он включает (i) управление буровым раствором и оборудованием для бурения летки, (ii) мониторинг температуры желоба и желоба, (iii) работу опрокидывающегося желоба и контроль уровня жидкого металла в ковше, (iv) технологические параметры грануляции шлака , (v) мониторинг систем сбора дыма в литейном дворе, и (vi) схемы управления включают в себя радиоуправляемые конструкции защитного кожуха для полностью автоматизированной логики запуска и автоматизированного бурения.

Модель управления выпуском выпуска рассчитывает фактическую скорость производства чугуна и шлака, а также скорость дренажа через открытые летки. Это позволяет ему непрерывно рассчитывать фактическое количество и уровень жидкого металла и шлака в горне. Результат моделирования используется в качестве входных данных для экспертной системы доменной печи, которая дает рекомендацию по открытию летки.

Автоматизация охлаждения печи система – От охлаждения распылением обечайки до охлаждения клепки с замкнутым контуром, различные варианты охлаждения печи и контроля и управления температурой управляются с помощью хорошо оснащенной и интегрированной системы управления. Системы контроля теплового потока и водоподготовки являются неотъемлемой частью правильного охлаждения печи и ее долговечности.

Система обнаружения утечек для критически важных контуров охлаждения – Система обнаружения утечек необходима с точки зрения безопасности. Существует риск, связанный с отсутствием быстрого обнаружения утечек. Расширяющиеся трещины или небольшие протечки воды в трубах системы охлаждения могут повлиять на качество чугуна, привести к остановке производства, повреждению печи или, в худшем случае, к гибели человека.

Таким образом, система, эффективно обнаруживающая утечку, является не только одной из наиболее важных частей системы автоматизации и контроля процесса доменной печи, но, что более важно, неотъемлемой частью доменной печи. По этой причине обнаружение утечек спроектировано таким образом, чтобы соответствовать требованиям стандарта безопасности для автоматизированных систем для сектора обрабатывающей промышленности.

Автоматика печей и подачи горячего дутья – Автоматика печей предназначена для обеспечения автоматического переключения клапанов печей для бесперебойной и стабильной подачи горячего дутья в доменную печь. Циклические системы печей рассчитаны на работу с 2, 3 и 4 печами. Автоматизация печи включает управление технологическими газами и стратегиями сжигания, включая оптимизацию управления уровня 1 и возможности управления горелкой. Кроме того, для уменьшения количества обогащающего газа, используемого в цикле нагрева печи, используются предварительно подогретые воздух и газ. Мониторинг и контроль холодного дутья и контроль температуры горячего дутья, управление впрыском топлива включены в систему подачи горячего дутья.

Современные доменные печи обычно работают при температуре, близкой к максимальной температуре горячего дутья, которую могут поддерживать печи. Если температура купола не увеличивается достаточно быстро, предусмотрены сложные средства управления для обогащения доменного газа топливом с более высокой теплотворной способностью для достижения более высокой скорости нагрева. Использование оптимизированного управления горением состоит из ряда функций, таких как (i) контроль избытка воздуха, (ii) учет кислорода в дымовых газах или химический анализ горючих веществ или и то, и другое, (iii) влияние температуры купола на степень обогащения газа и (iv) последовательность для трех или четырех печей.

Оптимизация горячей печи необходима для достижения высокой эффективности, гибкости и энергосбережения. Процесс дутья обладает значительным потенциалом энергосбережения. Задача операторов установки и линейных руководителей состоит в том, чтобы оптимизировать подвод энергии к воздухонагревателям, сохраняя при этом температуру дутья на заданных целевых значениях расхода дутья и времени дутья. Модель печи обеспечивает оптимизацию печей и экономию энергии за счет повышения эффективности печи.

Модель управления горячими плитами сочетает в себе краткосрочное прямое управление и более длительные алгоритмы самонастройки. Быстрое управление используется для корректировки скорости горения для поддержания надлежащих параметров работы печей. Быстрые элементы управления сокращают выбросы углекислого газа (CO2) и максимально повышают эффективность печи. Алгоритмы искусственного интеллекта используются для оптимизации производительности доменных воздухонагревателей. Эти самообучающиеся алгоритмы позволяют операторам выявлять и исправлять ошибки измерения.

Модель управления доменными воздухонагревателями поддерживает все режимы работы в сочетании с различными типами богатого газа. В модели обычно учитываются все типы печей (таких как Каупера или Калугина), а также системы предварительного нагрева и рекуперации тепла.

Автоматизация газоочистки – Очистка доменного газа осуществляется различными способами, включая циклон или пылеуловитель для удаления крупных частиц, а также водораспылением в кольцевом зазоре или электрофильтрами. Полуочищенный газ также использовался для привода системы TRT (турбина с верхней утилизацией газа) для рекуперации энергии. И в том, и в другом случае системы газоочистки обеспечивают регулирование давления в колошнике, а также повторное использование очищенного газа для различных технологических процессов, включая печное отопление, и для использования в котельной электростанции.

Замкнутая экспертная система для доменной печи

Замкнутая экспертная система для доменной печи обычно разрабатывается в соответствии с принципом «как можно меньше действий, как можно больше необходимых действий». Цель состоит в том, чтобы оптимизировать работу доменной печи и свести к минимуму взаимодействие с оператором. Экспертная система, которая обычно разрабатывается как система принятия решений на основе правил, противодействует колебаниям процесса, вызванным изменениями состава и качества шихты, человеческим фактором и условиями процесса. Чем раньше система отреагирует на нештатную или изменяющуюся технологическую ситуацию, тем более плавной будет работа доменной печи в целом. Точная синхронизация действий по управлению и прогнозирование нарушений имеют первостепенное значение для предотвращения критических условий процесса и поддержания высокой производительности при низких затратах. Экспертная система доменной печи замкнутого цикла обеспечивает значительное улучшение качества продукции и снижение расхода топлива при использовании доступных шихтовых материалов.

Экспертная система рекомендует оперативные изменения в двухэтапном процессе. Первым шагом является анализ текущей ситуации, называемый диагностикой процесса. Экспертная система изучает протекание явлений в доменной печи с помощью различных технических расчетов, основанных на огромном количестве технологических измерений и данных анализа, которые собираются непрерывно. На втором этапе при необходимости предлагаются корректирующие действия. Обширный набор правил, созданный опытными экспертами и операторами доменных печей на основе причинно-следственных связей, приводит к рекомендациям по передовой практике и независимой работе от смены. Операторам докладывают о корректирующих действиях по достижению и поддержанию бесперебойной работы доменной печи. Действия могут выполняться либо в режиме обратной связи, либо после подтверждения оператором.

Имеется комплекс основных корректирующих мероприятий, обеспечивающих непрерывную, независимую от смены доменную печь. Управление экспертной системой, особенно в периоды пуска и остановки, приводит к экономии энергии и минимизации производственных потерь. Эта равномерная работа способствует продлению срока службы доменной печи. Комплекс основных корректирующих действий описан ниже.

Контроль расхода топлива и впрыска – Экспертная система наблюдает за тепловым состоянием горна доменной печи и предлагает изменение расхода топлива при обнаружении существенных отклонений от оптимальных условий. В соответствии с правилами, определенными в базе знаний, предлагается либо изменение количества впрыскиваемого топлива, либо нормы кокса, которое может выполняться полностью автоматически.

Контроль основности шлака – На основании последних анализов шлака и данных о температуре чугуна экспертная система рекомендует внести изменения в состав шихты, как только обнаруживается отклонение от заданной основности шлака. При работе с моделью управления нагрузкой автоматически рассчитывается новая матрица начислений, которую можно передать в систему управления технологическим процессом для выполнения.

Управление обогащением кислородом и добавлением пара – Управление обогащением кислородом рассчитывает оптимальную скорость добавления кислорода для достижения целевого производства чугуна. Критических ситуаций, вызванных быстрым ростом производительности, можно избежать. Экспертная система использует добавление пара для поддержания проницаемости шихты на целевом уровне. Из-за быстрых циклов управления можно точно отрегулировать добавление пара в количестве, необходимом для процесса. Таким образом, подача пара снижается, когда это возможно, что напрямую приводит к экономии энергии.

Что такое доменная печь? (с изображением)

Доменные печи – это устройства, которые используются в процессе выплавки чугуна. Тепло, создаваемое в печи, позволяет производить железо из железоокисных руд. Поток воздуха, находящийся внутри самой доменной печи, помогает повысить степень нагрева, ускоряя процесс плавки.

По внешнему виду типичная доменная печь имеет форму башни. На передней части устройства установлены надежные дверцы, позволяющие подавать сырье в печь как вручную, так и с помощью конвейерной ленты. Некоторые печи этого типа также оснащены выдвижным ящиком в основании, что значительно облегчает сбор шлака и других готовых продуктов.

Печи этого типа часто используются в процессе производства стали. Доменная печь идеально подходит для комбинирования древесного угля и железной руды. Высокая температура в печах этого типа позволяет расплавить оба вещества в единый жидкий металл, который в конечном итоге образует то, что известно как чугун. Чугун время от времени извлекают из основания печи и используют для создания ряда различных строительных материалов.

Наряду с древесным углем и железной рудой в смесь можно вводить также известняк или какой-либо другой вид флюса. Башенная конструкция печи позволяет очень легко контролировать степень тепла, выделяемого в основной камере, что позволяет оператору темперировать сырье по мере необходимости. В то время как многие аспекты обработки чугуна выиграли от современных технологий, основная конструкция и работа доменной печи оставались практически неизменными на протяжении веков, поскольку это по-прежнему самый экономичный способ производства железа в больших масштабах.

Происхождение доменной печи обычно восходит к Китаю в пятом веке до нашей эры. К Средним векам использование этого типа печи было найдено в Англии, а также в некоторых частях Европы. Современный дизайн устройства часто приписывают различным новаторам начала 18 века, которые усовершенствовали способность доменной печи производить большее количество продукта за один сеанс. В то же время эта новая конструкция также позволяет использовать доменный газ, образующийся при выделении моноксида углерода из древесного угля, в качестве восстановителя для чугуна, образующегося в печи.

Печи этого типа остаются важной частью процесса производства стали во всем мире. Относительно недорогая в эксплуатации и обслуживании доменная печь может прослужить несколько поколений, прежде чем ее придется заменить. Экономический аспект печи помогает производителям стали оставаться конкурентоспособными в современном мире, даже когда металлы, произведенные другими методами, трудно продать.

После многих лет работы в индустрии телеконференций Майкл решил реализовать свою страсть к мелочи, исследования и письмо, став внештатным писателем на полную ставку. С тех пор он публиковал статьи в множество печатных и интернет-изданий, в том числе AboutMechanics, а его работы также появились в поэтических сборниках, религиозные антологии и несколько газет. Другие интересы Малкольма включают коллекционирование виниловых пластинок, мелкие лига бейсбола и велоспорт.

Малкольм Татум

Введение, определение, конструкция, работа и применение

Содержание

Введение

Доменная печь представляет собой особый тип цилиндрической печи, которая в основном используется для плавки. Таким образом, промышленные металлы могут быть извлечены из их руд, таких как железо, чугун или медь.

Слово «взрыв» дает представление о воздухе для горения, который принудительно подается или производится до атмосферного давления выше. В прошлом печи использовались для производства только железа с использованием древесного угля.

Вскоре после нехватки древесины из-за вырубки лесов было предложено использовать для этой цели уголь. Поскольку уголь содержит серу, которая делает железо хрупким, предполагалось, что это лишняя трата жизни железа.

Однако в 17 веке Абрахам Дарби выполнил свою миссию по созданию такой печи, в которой можно было бы плавить железо, используя кокс в качестве топлива. Его достижение было изумительным, что увеличило торговлю железом и, наконец, привело к промышленной революции.

В этой статье всесторонне обсуждается и уточняется информация о доменной печи , ее конструктивных деталях, включая ее основные части, их рабочее явление и функции. В этой статье также освещается применение этих печей для практического использования.

Определение доменной печи:

Металлургическая печь, которая используется для извлечения металлов в основном из руд железа и меди. Топливо содержит смесь флюса, особенно известняка там, где доступна железная руда, и кокса, который подается и прокачивается через верхнюю часть печи.

С другой стороны, дно печи соединено рядом параллельных труб, по которым проходит воздух горячего дутья, обогащенный кислородом.

Как только горячий воздух попадает внутрь, оксидная руда восстанавливается, превращая ее в нечистый металл. Поскольку оба материала смешиваются, происходит химическая реакция, в результате которой расплавленный металл падает вниз, где его сливают и собирают.

Отходы материала, которые в основном представляют собой «шлак», попадают в верхнюю часть печи, где они отводятся по трубопроводу. Расплавленный металл и этот шлак являются конечными продуктами этой процедуры. Эти потоки обоих продуктов в противоположных направлениях вместе с различными дымовыми газами называются противотоком.

Однако существуют аналогичные процессы, используемые для различных целей, включая выдувные цеха для получения олова, свинца, который можно извлекать на плавильных заводах, и аналогичным образом железо получают в блюмерной печи. Все они относятся к доменным печам.

Тем не менее, этот термин используется для очень ограниченных целей, таких как выплавка железной руды. Эта плавка поможет в производстве чугуна, который в основном используется при производстве чугуна и стали.

Секция взрывной печи:

Взрывная печь состоит из следующих разделов:

Справочная печь
Лист дома
Печи
Секция хранения материала для хранения сырья
Зарядное материал.
Зона сброса шлака
Пылевидный уголь Модификация

Итак, позвольте мне обсудить 1 на 1.

Собственно печь:

Это общая площадь печи, куда мы впрыскиваем чугун со шлаком, который образуется из сырья. .

Литейный цех:

В литейном цехе жидкий металл со шлаком проходит по каналу, где он разделяется на две формы: жидкий чугун и шлак, а затем последовательно поступает в чугунную и шлаковую части печь.

Печи:

Печи используются для нагрева воздуха, поступающего от высокоскоростного вентилятора.

Секция хранения сырья:

В этой секции хранится сырье, она разработана так тщательно, что сырье может быть легко перемещено из этой секции.

Секция загрузки сырья:

Как следует из названия, это зарядная станция. Здесь, в этом разрезе, мы видим бункер, через который сырье поступает в печь.

Пункт газоочистки:

Поскольку мы используем несколько видов топлива для выработки тепла, в этом сценарии также образуется много сгоревшего газа внутри доменной печи, поэтому нам нужен пункт или участок, из которого мы может легко удалить сгоревшие газы.

Зона сброса шлака:

В доменной печи, пока в это время происходил процесс извлечения железа, мы также получаем шлак или примеси. Чтобы удалить это, мы используем два типа метода.

Во-первых, используется струя воды под высоким давлением, которая смешивается со шлаком или примесями, после чего мы отправляем смесь на план грануляции. шлак.

Пылевидный уголь Инокуляция:

В этом разделе мы загружаем измельченную угольную пыль, чтобы она могла легко воспламеняться.

Читайте также:

Что такое ковка? – Полное объяснение
Что такое чугун? Полное объяснение
Что такое индукционный нагрев?

Основные части взрывной печи:

Взрыв состоял из следующих деталей:

Хонги
Регулируемые ворота
.
Летка
Фурья

Бункер:

Конусообразная воронка, используемая для высыпания сырья, поступающего из секции хранения сырья.

Регулируемые заслонки:

Для контроля потока и количества сырья нам необходимо использовать регулируемые заслонки. Им можно управлять вручную, однако в современных доменных печах он открывается или закрывается электронным способом.

Вращающийся желоб:

Используется для смешивания сырья и, что более важно, предотвращает утечку топочного газа при загрузке сырья.

Огнеупорный кирпич:

Огнеупорный кирпич используется для защиты корпуса печи. Он изготовлен из керамического материала, выдерживает высокие температуры и имеет очень низкую теплопроводность.

Камера сгорания:

Это камера, в которой происходит сгорание топлива.

Газовая горелка:

Для разведения огня нам нужна горелка, поэтому внутри камеры сгорания установлена газовая горелка.

Углеродный кирпич:

Наружная часть камеры сгорания изготовлена из углеродного кирпича, поскольку он обладает большей способностью противостоять внутреннему теплу камеры сгорания. Это композиционный огнеупорный материал с повышенной шлакостойкостью, высокой теплопроводностью и низкой расширяемостью углерода.

Летка:

Через летку мы можем выводить расплавленный материал из печи.

Фурма:

Это труба, по которой мы подаем воздух в топку. Для производства воздуха мы можем использовать воздуходувки высокого давления.

Зоны доменной печи:

В доменной печи мы видим четыре основные зоны.

Стопка
Бочка
Bosh
Под

Стопка Зона:

Это верхняя зона доменной печи, покрытая огнеупорным кирпичом. В этой секции горячие газы поднимаются из камеры сгорания и направляются вверх для нагрева свежепоступившего сырья из бункеров.

Бочка Зона:

Она сравнительно сильнее нагревается, чем штабель. Ее также называют восстановительной зоной, где произошли химические связи.

Зона Bosh:

Это промежуточная зона между Сердцем (Нижняя) и Bosh. Это самая горячая часть печи, потому что в этой части реакция между воздухом и коксом очень близка. Часть зарослей покрыта толстым шамотным кирпичом, а часть – угольным кирпичом.

Зона очага:

Это нижняя часть доменной печи. В зону сердца с одной стороны поступают горячие газы, а с другой стороны через фурму поступают свежие атмосферные газы.

Детали конструкции доменной печи:

Доменная печь представляет собой высокую конструкцию, уложенную из особого вида кирпича (огнеупорный кирпич), который устойчив к разложению при любых воздействиях окружающей среды. Эти кирпичи являются очертаниями, позволяющими расширять заряженные материалы.

Как только начинается плавление, эти кирпичи нагреваются и уменьшаются в размерах. Полная процедура построена с помощью различных материалов и отсеков для начала обработки. К ним относятся дутье от печей Каупера, выхлопные газы, зона восстановления оксида железа (дымка), длинная колонна, содержащая руду, известняк и кокс, зона предварительного нагрева, зона плавки (боша), зона восстановления оксида железа (баррель). и подача руды, кокса и известняка. Эти компоненты имеют разные функции и назначение, о которых пойдет речь далее в статье.

Детальная конструкция доменной печи подразделяется на две зоны: физические зоны и химические зоны. В физической зоне конструктивная система этой доменной печи разделена на пять секций, которые включают чашу, шахту, днище, под и фурмы.

С другой стороны, химическая зона также подразделяется на пять зон: зона дымовой трубы, зона когезии или размягчения, зона активного кокса, зона каналов (или фурм) и зона очага.1. Горячее дутье от печей Каупера 2. Зона плавки 3. Зона восстановления оксида железа 4. Зона восстановления оксида железа 5. Зона предварительного нагрева 6. Подача руды, известняка и кокса 7. Отходящие газы 8. Колонна руды, кокса и известняк 9. Удаление шлака 10. Выпуск расплавленного чугуна 11. Сбор отходящих газов

Читайте также:

Что такое токарный станок? Основные части, операции и работа
Что такое слоттерная машина?
Что такое формовочная машина?

Рабочий процесс доменной печи:

Принцип работы этой доменной печи очень прост. Для выплавки железа из его руд в верхнюю грань печи в первую очередь вводят известняковый флюс, кокс и железную руду. Им разрешено входить с очень высокой точностью, чтобы можно было эффективно контролировать поток газа и другие химические реакции.

Очень горячий и грязный газ находится под давлением и подается к выходу из печи через ее горловину, тогда как «спускные клапаны» помогают защитить от резкого повышения давления газа в верхней части печи.

Выхлопной газ содержит крупные частицы, которые оседают в «пылеуловителе», чтобы их можно было утилизировать. С другой стороны, предусмотрен «скруббер Вентури» для протекания газа через него, а затем газ проходит из газоохладителя с целью снижения температуры очищенного газа.

Нижняя половина печи имеет медные фурмы водоохладителя, трубу-турнир и оборудование для сбора шлака и жидкого чугуна. Это отделение обычно называют «литейным домом».

В пробку из огнеупорной глины вставляется кран, чтобы обеспечить протекание жидкого чугуна и шлака через «скиммер», который разбрызгивает железо и шлак. Современные гигантские доменные печи обычно имеют четыре летки и два литейных двора. Как только шлак и чугун собраны, огнеупорная глина высвобождается из летки.

Применение доменных печей:

Доменные печи используются во множестве областей, в основном в различных крупных и малых отраслях промышленности.
Обычно используется для производства чугуна из руды.
Используется в технологических установках.
Шлак доменной печи обладает гидравлическими свойствами, которые используются в цементе в качестве добавки.
Шлак также способствует стабилизации грунта.

Преимущества доменной печи:

Доменные печи, установленные в промышленности, позволяют экономить топливо от 82 до 87 МДж/т ТМ. В Японии было замечено, что около 0,125 ГДж/т чугуна было сэкономлено в 1 Мт/год за счет рекуперации только 50% дымовых газов печи.

Воздухонагреватели обычно используются для рекуперации тепла, что помогает снизить потребность в энергии на 0,26 ГДж/т ТМ и во всем мире используется для снижения энергетического потенциала на 0,15 ЭДж/год. тогда как предполагается, что максимальная энергия, которую можно сэкономить, составляет около 0,3 ГДж/т чугуна.

Кроме того, расход кокса и уровень впрыска в фурму снижаются за счет использования повышенного верхнего давления примерно на 0,6 бар в доменной печи. Эти печи высокого давления помогают производить электроэнергию около 0,35 ГДж/т ТМ при условии, что установлены утилизационные турбины.

Аналогично, потребление кокса осуществимо при использовании доменных печей с экономией кокса 26% на тонну. Для этого будет предпочтительна доменная печь с первоклассной службой рециркуляции газа. А с другой стороны, если эту печь совместить с сухим газом обеспыливания, то это снизит расход воды на 9Нм3/тH и увеличить систему выработки электроэнергии на 30%.

Кроме того, если в доменной печи используется биомасса, PCI можно полностью заменить древесным углем, который будет составлять всего 45% от входного углерода. Когда доменные газы выделяются, они улучшаются и извлекаются, что также способствует экономии энергии от 35% МДж/т ТМ до 70% МДж/т ТМ. Следовательно, общее энергосберегающее количество, которое стало возможным благодаря этим методам доменной печи, составляет около 0,4 ГДж/т ТМ.

Итак, это полное объяснение Доменная печь Надеюсь, вам понравилась эта статья, если да, то поделитесь ею со своими друзьями, а если у вас есть какие-то сомнения, не стесняйтесь комментировать ниже.

Синдром холодной доменной печи: новый источник токсического вдыхания оксидов азота

Текст статьи

Меню статьи

Статья
Текст
Артикул
инфо
Цитирование
Инструменты
Поделиться
Быстрое реагирование
Артикул
метрика
Оповещения

PDF

Краткий отчет

Синдром холодной доменной печи: новый источник токсического вдыхания оксидов азота

Бесплатно

I Tague1,
P Llewellin2,
K Burton1,
R Buchan1,
D H Yates3

¹. 0407
² Региональная больница Иллаварра, Вуллонгонг, Новый Южный Уэльс 2500, Австралия
³ Совет по болезни пыли (DDB). Переписка с: доктором Д. Х. Йейтсом, отделение торакальной медицины, Ксавье 4, больница Святого Винсента, Дарлингхерст, Сидней, Новый Южный Уэльс, 2010, Австралия; Deborahy88hotmail.com

Аннотация

Цель: Описать новый ингаляционный токсический синдром у рабочих доменных печей.

Методы: У четырнадцати рабочих развились острые респираторные симптомы вскоре после воздействия «воздушного дутья» из фурм доменной печи. К ним относятся стеснение в груди, одышка, озноб и потоотделение. Рентгенограммы грудной клетки показали легочные инфильтраты, а функция легких – рестриктивную аномалию. Этот отчет включает описание клинических признаков пострадавших рабочих и разъяснение вероятной причины вспышки.

Результаты: Клинические признаки и измерения гигиены труда позволяют предположить, что наиболее вероятной причиной было вдыхание оксидов азота при высоком давлении и температуре. Хотя задачу нельзя было устранить, были реализованы инженерные средства контроля опасности. Больше случаев не было.

Выводы: «Синдром холодной доменной печи» представляет собой ранее не описанную опасность при работе в доменной печи, вероятно, из-за вдыхания оксидов азота. Это необходимо учитывать при дифференциальной диагностике острых токсико-ингаляционных поражений у рабочих доменных печей.

Токсическое вдыхание
Оксид азота
Оксиды азота
Диоксид азота

http://dx.doi.org/10.1136/oem.2002.005686

STATICSTICS..com 9002.comm2..com 9002.comm2..com 9002.comm2.com 9002.comm2..com 9002.comm2..com 9002.com 9002.com 9002.comm2.com. Если вы хотите повторно использовать часть или всю эту статью, воспользуйтесь приведенной ниже ссылкой, которая приведет вас к службе RightsLink Центра авторского права. Вы сможете получить быструю цену и мгновенное разрешение на повторное использование контента различными способами.

токсическое вдыхание
оксид азота
оксид азота
диоксид азота

Современное производство стали включает использование доменной печи, где сырье восстанавливается до расплавленного железа и шлака. Материалы спускаются через коксовый слой и сливаются с основания сосуда. Горячий, обогащенный «воздушный поток» подается через ряд фурм (впускных отверстий для воздуха) в основании печи, где происходит восстановление оксида железа до расплавленного железа. Иногда факторы (например, отключение электроэнергии) могут временно приостановить подачу струи воздуха, что позволяет охладить чугун и шлак. Это называется «холодная печь». В таких обстоятельствах рабочие затыкают большую часть фурм огнеупорным материалом, а затем возобновляют работу с оставшимися фурмами, чтобы регенерировать тепло материала, поступающего в топку. По мере нагревания печи рабочие разблокируют фурмы, не останавливая печь.

Разблокировка фурм — сложная работа, требующая как минимум шести человек и средств индивидуальной защиты. К участку, подающему горячий воздух к фурме, присоединяют «сальник», через «сальник» вводят перфоратор со стальной буровой частью длиной 3 м и с силой проталкивают в сторону отверстия фурмы в доменную печь. Поскольку прекращение работы доменной печи является необычным, разблокировка фурм в холодной печи является редким, но периодическим событием.

ОПИСАНИЕ КОРПУСА

В трех отдельных случаях «холодной печи» 14 из 18 рабочих, подвергшихся воздействию дыма доменной печи во время разблокировки фурмы, заметили идентичные симптомы. Вскоре после воздействия у них развилась заметная стесненность в груди и кашель, вызванный глубоким дыханием. Через 15–30 минут у нескольких мужчин появились озноб, ощущение холода и одышка при физической нагрузке. У одного мужчины был единичный эпизод кровохарканья. На устранение симптомов ушло около недели. После первого инцидента трое мужчин были госпитализированы (таблица 1). Все выздоровели в течение двух недель, но у одного с ранее существовавшей астмой развилось обострение. Симптомы были улучшены кислородом и поддерживающими мерами. Дальнейшее лечение потребовалось только в одном случае (астматический). Рабочие в более поздних инцидентах пострадали менее серьезно, возможно, из-за изменений, внесенных в процесс, и им не потребовалась госпитализация.

Таблица 1

Клинические данные при посещении больницы

Все рабочие были здоровы, только у одного в анамнезе были респираторные заболевания. Интересно, что двое из рабочих могли вспомнить, что восемь лет назад у них были идентичные симптомы после разблокирования фурм. В одном случае это было подтверждено записью в медицинской документации, в которой сообщалось, что он «кашлял и не мог делать глубокие вдохи». Несколько рабочих ранее страдали лихорадкой цинкового дыма и отравлением угарным газом, но сказали, что их симптомы были другими.

На рентгенограммах грудной клетки у четырех мужчин были обнаружены двусторонние инфильтраты в нижних отделах, свидетельствующие об отеке легких. Изменения устранены в течение 24 часов. Функция легких показала значительное ограничение с улучшением до исходного уровня в течение одного месяца. Повторные оценки через один и два года были в пределах нормы (за исключением ранее существовавшего заболевания).

МЕРЫ ГИГИЕНЫ ТРУДА

Персональный и стационарный контроль проводился при открывании фурм. Вдыхаемую и вдыхаемую пыль анализировали на содержание железа, цинка, кальция, алюминия, кадмия, мышьяка и ванадия с помощью атомно-эмиссионной спектрофотометрии с индуктивно-связанной плазмой. Концентрации были низкими или не были обнаружены. Вдыхаемая пыль была проанализирована на наличие кварца с помощью инфракрасного спектрометра, но его концентрации были низкими. Растворимая в бензоле фракция от общего количества твердых частиц (BSF), мера мелких частиц или дыма, не подтвердила значительное количество углеводородов. Мониторинг цианистого водорода, двуокиси серы, сероводорода и угарного газа с помощью персонального монитора GEM показал, что уровни значительно ниже стандартов Worksafe Australia. ¹ Мониторинг органических загрязнителей с помощью газовой хроматографии показал низкий уровень.

Таким образом, результаты первоначального мониторинга не выявили вероятной причины. Тщательное рассмотрение клинических особенностей позволило предположить, что симптомы могут быть связаны с воздействием оксидов азота. Поэтому был предпринят дополнительный стационарный мониторинг, чтобы установить, присутствовали ли они во время взрыва. Непрерывный отбор проб газа проводился через устройство, прикрепленное к фурме, и проходил через охлаждающий змеевик и дивертор давления в анализатор. Отбор проб проводили при нормальной работе доменной печи в течение 43 минут после периода, когда объем ветра был снижен. Высокие пики оксидов азота наблюдались сразу после смены печи (73 и 78 ppm), второй пик наблюдался при уменьшении силы ветра. Диоксид азота за период наблюдения не обнаружен.

Основные сообщения

«Синдром холодной доменной печи» проявляется острой одышкой, чувством стеснения в груди и отеком легких.
Вероятно, это связано с воздействием оксидов азота (NO _x), которые могут возникать в процессе регенерации «холодной доменной печи».

ОБСУЖДЕНИЕ

В этом отчете указывается ранее не описанная опасность работы в доменных печах, которую мы назвали «синдромом холодной доменной печи». Вдыхание ядовитых паров вызвало весьма характерный синдром у 14 из 18 рабочих. Учитывая схожесть описаний пострадавших рабочих, работающих на разных доменных печах, вероятно, в каждом случае вдыхался один и тот же агент. Различия в степени тяжести реакции между рабочими, по-видимому, отражают различия в дозах, вызванных вариациями близости к месту взрыва, различными технологическими условиями, индивидуальными различиями в частоте дыхания и средствах защиты органов дыхания, а также текущими попытками инженерных решений.

«Дыхание» из печи представляет собой сложную смесь различных газов, содержащих окись углерода, двуокись серы, озон и тяжелые металлы. Отбор проб показал, что ни один из них не превышал нормы воздействия, поэтому ответственность за это возлагалась на другого агента.

Вполне вероятно, что уровни вдыхаемого токсического вещества были высокими, учитывая системные симптомы у рабочих. Вполне вероятно, что токсический агент (агенты) был относительно нерастворим в воде, поскольку растворимые агенты имеют тенденцию вызывать раздражение и воспаление слизистой оболочки проксимальных отделов дыхательных путей, и в этих случаях наблюдался альвеолярный отек, а также острый ларинго-трахеит. Клинические признаки предполагают воздействие высоких уровней оксидов азота.

Оксиды азота (NO _x ) встречаются при «взрыве воздуха» в больших количествах (до 1000 частей на миллион) и образуются, в частности, в условиях охлаждения. ² NO _x и, в частности, оксид азота (NO) участвуют в растрескивании печи, что способствует нарушению работы доменной печи. ³ Мы измерили содержание оксида азота в «воздушном взрыве» на уровне, близком к токсичному. Хотя зарегистрированные результаты были связаны с условиями во время мониторинга и могут не обязательно точно соответствовать условиям во время инцидентов, записи процесса показали, что параметры взрыва и условия печи, вероятно, были схожими.

Отравление NO _x ранее было описано в связи с болезнью наполнителей бункеров, ⁴ анестезирующими газами, ⁵ и у зрителей хоккейных игр. ⁶ NO и диоксид азота (NO ₂ ) всегда встречаются вместе, концентрации зависят от относительных концентраций кислорода и NO. При вдыхании высоких концентраций NO _x хорошо распознается острый отек легких, а также ощущение боли в груди, кашель, одышка и кровохарканье. ⁶ Обычно такие симптомы исчезают довольно быстро, так как NO _x являются очень активными газами и быстро всасываются в кровоток.

Стандарт воздействия TWA Worksafe Australia составляет 3 ppm для NO ₂ и 25 ppm для NO, с пределом кратковременного воздействия (STEL) 5 ppm. Воздействие >50 частей на миллион NO ₂ может вызвать боль в груди и отек легких, ⁷ с расчетной 1-часовой ЛД ₅₀ для человека 174 частей на миллион. ^8, ⁹ Уровни, необходимые для токсичности NO, изучены не полностью, и клинические эффекты может быть трудно отделить от токсичности NO ₂. Clutton-Brock сообщила о случае фатального отека легких у 39-летней женщины, которая умерла после воздействия NO _x из баллона, загрязненного закисью азота, во время анестезии. Предполагается, что предполагаемая концентрация составляет примерно 10 000 частей на миллион. ⁵ Ингаляционный NO в настоящее время используется в отделениях интенсивной терапии в диапазоне 10–20 частей на миллион. ¹⁰

Последствия для политики

Врачи по гигиене труда должны знать об опасности, связанной с оксидами азота (NO _x) при работе доменных печей.
Надзор за гигиеной труда должен включать измерение NO _x .
Может потребоваться инженерный контроль для сведения к минимуму воздействия газов доменной печи.
Рекомендуется регулярное наблюдение за работниками (включая функцию легких).

Хотя пробы не отбирались в зоне дыхания рабочих и, следовательно, не могут быть напрямую сопоставлены со стандартами профессионального воздействия, стационарные пробы подтвердили наличие высоких концентраций оксидов азота в фурменном газе, 73 и 78 частей на миллион. После инцидентов «сальник» был изменен, а стандартная процедура открытия фурм пересмотрена. Несколько раз процедура повторялась без происшествий.

Токсическое вдыхание оксидов азота наиболее точно соответствует клинической картине и показателям гигиены труда и кажется наиболее вероятной причиной наблюдаемого синдрома. Мы назвали это «синдромом холодной доменной печи». На сегодняшний день все рабочие полностью выздоровели, но долгосрочные последствия «синдрома холодной доменной печи» предсказать сложно. В литературе острое ингаляционное воздействие NO _x было связано с развитием синдрома реактивной дисфункции дыхательных путей (RADS), астмы, вызванной раздражением, легочного фиброза и облитерирующего бронхиолита. «Синдром холодной доменной печи» представляет собой потенциальную опасность при производстве стали даже с использованием самых современных технологий и должен учитываться при дифференциальной диагностике острых токсико-ингаляционных поражений у рабочих-домников.

Благодарности

Мы благодарим доктора Криса Дарлинга, врача по гигиене труда, и операторов доменной печи за их полезную помощь в исследовании проблемы и разработке подходящих решений.

ССЫЛКИ

↵
Национальная комиссия по охране труда и технике безопасности . Стандарты Worksafe Australia для воздействия атмосферных загрязнителей. 3-е изд. Канберра: Издательская служба правительства Австралии, 19 мая.95.
↵
Blekkenhorst F , Brandenburg JH, Stolwijk CSM. Коррозионное растрескивание под напряжением в воздухонагревателях на Hoogovens Ijmuiden. Инженер-металлург 1980; 57:55–9.
↵
Lobemeier F , Robusch G, Cronert W. Опыт, полученный в области коррозионного растрескивания под напряжением в воздухонагревателях. Инженер по металлургии и стали 1980; 57: 48–52.
↵
Лоури Т , Шуман Л.М. «Болезнь наполнителя силоса» — синдром, вызванный диоксидом азота. JAMA1956;162:153–60.
↵
Клаттон-Брок Дж . Два случая отравления закисью азота высшими оксидами азота во время анестезии. Бр Дж Анаст2967;39:388–92.
↵
Hedberg K , Hedberg CW, Iber C, и др. Вспышка респираторного заболевания, вызванного диоксидом азота, среди хоккеистов. ДЖАМА1989;262:3014–17.
↵
НИОСХ . Рекомендуемый стандарт профессионального воздействия оксидов азота. НИОСХ, 1976: 657–645/24.
↵
Морроу ЧП . Токсикологические данные по NOx: обзор. J Toxicol Environ Health2984;13:205–27.
↵
Остин AT . Химия высших оксидов азота в связи с производством, хранением и введением закиси азота. Бр Джей Анаст2967;39:345–50.
↵
Finer NN , Etches PC, Kamstra B, и др. Вдыхание оксида азота у младенцев, направленных на экстракорпоральную мембранную оксигенацию: реакция на дозу.