Устройство и работа доменной печи: устройство, принцип работы, выплавка, производство металла

alexxlab | 04.05.1984 | 0 | Разное

Содержание

Принцип работы печи: доменной, мартеновской, конвекционной

Принцип работы доменной печи

Рис. 1 – Вид доменного цеха.

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).

Рис. 2 – Схема производства чугуна в домне

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.

Рис. 3 – Схематическое изображение доменной печи в разрезе, на котором указаны все основные производственные узлы.

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.

Рис. 4 – Процесс выплавки стали в мартеновском цеху.

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.

Рис. 5 – Схематическое изображение устройства мартеновской печи в разрезе.

Как работает мартеновская печь

Рис. 6 – Принцип работы мартеновской печи

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.

Рис. 7 – Разновидность конвекционной печи.

«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.

Рис. 8 – Схематическое изображение принципа работы конвекционной печи

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: 5 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Доменная печь – устройство и работа

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:

  1. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
  2. 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.

 

 

 


13. Доменная печь, ее устройство и работа.

Доменная печьявляется шахт­ной печью, которую выкладывают в стальном корпусе шамотным кирпичом. У доменной печи выделяют (рис. 7, а) колошник, шахту, распар, заплечики и горн. Черезколошниковый затвор в доменную печь загружают шихту.Шахта имеет форму усеченного кону­са, расширяющегося книзу, что способствует свободному опу­сканию шихты по мере плав­ления. На уровнераспара изаплечиковобразуется губча­тое железо, которое затем на­углероживается, плавится и стекает в горн. Заплечики от распара суживаются к горну, поэтому твердая шихта удер­живается в распаре и шахте.

В горне на лещади6 нака­пливается жидкий чугун. Его плотность 6,9 г/см3, а плот­ность шлака около 2,5 г/см3, поэтому над чугуном находит­ся слой шлака. Накопившийся шлак периодически выпускают черезлетку5,Рис. 7

а чугун – через летку1. Окислительное дутье для горения топлива подается через фурмы4 под давлением до 500 кПа; оно предварительно нагревается в регене­ративных печах – воздухонагревателях. Эти же фурмы используют для подачи в печь природного газа и других топливных добавок (мазута, пылевидного топлива). На колошнике находитсязасыпной аппарат3 игазоотвод 2 для доменного (колошникового) газа. Глав­ной характеристикой печи является ее полезный объем – внутрен­ний объем, исчисленный по полезной высоте печи.

Доменный процесс.В печи непрерывно движутся: сверху вниз – поток шихты, снизу вверх – поток газов, образующихся при горе­нии топлива и реакциях с составляющими шихты. Сущность домен­ной плавки состоит в восстановлении железа из оксидов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы и золы топлива.

Восстановление оксидов и образование чугуна начинается с вос­становления оксидов железа монооксидом углерода в средней части шахты. При опускании шихты к распару эти реакции развиваются и протекают быстрее:

3Fе2О3+ СО = 2Fе3О4+ СО2+dН;

3О4+ СО = ЗFеО + СО2-dН;

FеО + СО =Fе + СO2+dН.

Науглероживание железа начинается в шахте вслед за его вос­становлением с образованием карбида железа по реакции:

3Fе + 2СО =Fе3С + СО2.

14. Получение стали в кислородных конвертерах.

В производстве стали широко используют кислородно-конвертерные процессы. Стационарный конвертер (рис. 8) имеет два бандажа 4, каждый из которых опирается на два ролика 1. Горловина конвертера имеет симметричную форму. Внутри стального кожуха конвертеры вы­кладываются смолодоломитовым кирпичом. Летка 3 предназначена для слива готовой стали.

Вместимость кислородных конвертеров от 50 до 400 т. Сущность кислородно-конвертерного процесса заклю­чается в том, что загруженную в конвертер шихту про­дувают сверху струей кислорода под давлением до 1,5 МПа. Большое давление кислорода обеспечивает хо­рошее перемешивание металла. В начале продувки окис­ляются кремний, марганец и другие элементы, которые переходят в шлак. После первого периода продувки кисло­родом (длится 16 мин), фурму подни­мают, наклоняют конвер­тер, сливают шлак и берут пробу металла. В конвер­тер добавляют известь, ставят его вновь в верти­кальное положение, вво­дят фурму и начинают второй период продувы кислородом. Во второй пе­риод продувки продолжа­ются реакции окисления примесей, выгорает угле­род, идут реакции шлако­образования и другие физико-химические процессы. В конце второго периода продувки в конвертер вводят часть раскислителей. После удаленияРис. 8

фурмы конвертер наклоняют, берут контрольную пробу стали и выпускают сталь в разливоч­ный ковш, где завершается процесс ее раскисления фер­ромарганцем, ферросилицием или комплексными раскислителями.

Общая продолжитель­ность составляет 40…60 мин, а продолжительность продувки кислородом — 18…30 мин. Преимущества: хорошее качество, высокая производительность и меньшая себестоимость. Недостат­ок: боль­шой угар металла (6…9%).

Доменная печь принцип работы – Справочник химика 21

    Смесь из железорудного материала (обычно агломерата), кокса и флюсов, приготовленная в определенной пропорции (эта смесь называется шихтой), засыпается в верхнюю часть доменной печи, как это схематично показано в разрезе печи на рис. VI. 3. Печь работает по принципу встречных потоков сверху движется шихта, снизу поднимаются газы, получающиеся при горении топлива. Для сжигания топлива необходим воздух, который после нагрева в воздухонагревателях вдувается под повышенным давлением через фурмы 5, расположенные в нижней части печи. Получающиеся расплавленные материалы — чугун и шлак периодически выпускаются из печи через лётки чугуна и шлака. Во время работы печи эти [c.127]
    Опишите принципы работы доменной печи. Какие химические процессы лежат в основе получения чугуна  [c.256]

    Существует метод комплексной оценки физико-механических свойств доменного кокса Характерной особенностью этого метода является последовательное наложение на представительную пробу товарного кокса разрушающих усилий, имитирующих разрушение кокса на всем пути его транспортировки от коксовых до доменных печей и в них На рис 43 представлена технологическая схема автоматизированной установки комплексной оценки физико-механических свойств доменного кокса Принцип ее работы следующий Из потока товарного кокса, поступающего в доменный цех, пробоотборником 1 отбирается первичная представительная проба кокса массой около 300 кг Сократителем 2 в дозатор 3 отбирается проба для испытания массой до 60 кг [c.180]

    Доменный процесс. Выплавка чугуна ведется в настоящее время в доменных печах, достигающих высоты шестиэтажного дома, из огнеупорного камня, заключенного в стальную оболочку. Раз зажженная, доменная печь работает непрерывно в течение многих лет, пока не вов-никнет необходимость в капитальном ремонте. Действие доменной печи основано на принципе противотока поток твердых материалов движется сверху вниз, поток восстановительных газов — снизу вверх. Эти газы образуются в нижнем горизонте печ. (куда подается нагретый воздух) в результате реакции  [c.494]

    Таким образом, в работе доменной печи наглядно проявляются основные принципы рационального химического производства  [c.495]

    Промышленные печи работают на природном газе, на искусственных горючих газах, на жидком топливе (мазуте), на пылевидном и а твердом топливах. Современные доменные печи, как было указано, работают на каменноугольном коксе. В былое время они работали на древесном угле. Последний используется в малых печах и в настоящее время. На других видах твердого топлива работать удовлетворительно доменные печи не могут. По своему принципу действия они являются шахтными печами со слоевым сжиганием кокса, но в современных печах для экономии дорогого кокса и для улучшения процесса в них одновременно с коксом сжигается природный газ или мазут. [c.83]

    Работа доменной печи основана на так называемом принципе противотока. Домну сверху через колошник загружают шихтой — железной рудой, коксом, флюсом. Они, нагреваясь горячими газами, выделяющимися при горении кокса в нижней части домны, [c.443]

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



что это такое, устройство, принцип работы, изготовление своими руками

КАМИНО-ПЕЧЬ СВОИМИ РУКАМИ – ФОТО

  • Камин-печь своими руками – фото и схема КАК СЛОЖИТЬ КАМИН-ПЕЧЬ СВОИМИ РУКАМИ В…
  • Мини печь для казана своими руками (+ ФОТО) МИНИ-ПЕЧЬ С ПОДДУВОМ ДЛЯ КАЗАНА НЕДАВНО…
  • Деревенская печь своими руками – фото и схема КАК ПОСТРОИТЬ ДЕРЕВЕНСКУЮ ПЕЧЬ -…
  • Комбинированная печь – и камин и отопление: кладка своими руками Двухконтурная отопительная печь и камин…
  • Каминопечь своими руками – фото переделки из открытого камина Как переделать камин (с открытой…
  • Печь для казана своими руками – фото Печка для казана из газового…
  • Печь-камин с закрытым очагом – порядовки и фото кладки Как сложить своими руками печку-камин…

    Своими руками › Печи, камины, барбекю › Камино-печь с подтопком своими руками – фото и порядовки

Индукционные печи своими руками

Среди имеющихся распространенных методик создания таких агрегатов можно найти пошаговое руководство, как сделать индукционную печь из сварочного инвертора, с нихромовой спиралью или графитовыми щетками, приведем их особенности.

Агрегат из высокочастотного генератора

Она выполняется с учетом расчетной мощности агрегата, вихревых потерь и утечек на гистерезисе. Питание конструкции будет идти от обычной сети в 220 В, но с использованием выпрямителя. Такой вид печи может идти с графитовыми щетками или нихромовой спиралью.

Для создания печи потребуется:

  • два диода UF4007;
  • пленочные конденсаторы;
  • полевые транзисторы в количестве двух штук;
  • резистор в 470 Ом;
  • два дроссельных кольца, их можно снять со старого компьютерного системщика;
  • медный провод Ø сечения 2 мм.

В качестве инструмента используется паяльник и плоскогубцы.

Приведем схему для индукционной печи:

Индукционные портативные плавильные печи такого плана создаются в следующей последовательности:

  1. Транзисторы располагаются на радиаторах. Из-за того, что в процессе плавки металла схема устройства быстро греется, радиатор для нее нужно подбирать с большими параметрами. Допустимо устанавливать несколько транзисторов на один генератор, но в этом случае их нужно изолировать от металла при помощи прокладок, сделанных из пластика и резины.
  2. Изготавливаются два дросселя. Для них берутся два заранее снятые с компьютера кольца, вокруг них обматывают медную проволоку, количество витков ограничено от 7 до 15.
  3. Конденсаторы объединяются между собой в батарею, чтобы на выходе получилась емкость в 4,7 мкФ, их соединение проводится параллельно.
  4. Вокруг индуктора обвивается медная проволока, ее диаметр должен быть 2 мм. Внутренний диаметр обмотки должен совпадать с размером используемого для печи тигля. Всего делают 7-8 витков и оставляют длинные концы, чтобы их можно было подключить к схеме.
  5. В качестве источника к собранной схеме подсоединяется аккумулятор мощностью 12 В, его хватает примерно на 40 минут работы печи.

Если необходимо, то делается корпус из материала с высокой термоустойчивостью . Если же выполняется индукционная плавильная печь из сварочного инвертора, то защитный корпус должен быть обязательно, но его нужно заземлить.

Конструкция с графитовыми щетками

Такая печь используется для выплавки любого металла и сплавов.

Для создания устройства необходимо заготовить:

  • графитовые щетки;
  • порошковый гранит;
  • трансформатор;
  • шамотный кирпич;
  • стальная проволока;
  • тонкий алюминий.

Технология сборки конструкции заключается в следующем:

  1. Выполняется основа – в виде бокса, который изготавливается из шамотного кирпича, его кладут на огнеупорную плитку.
  2. Сверху бокса укладывается лист асбестокартона, если ему нужно придать определенную форму, его поверхность нужно смочить водой. Чтобы конструкцию сделать жесткой, нужно обмотать ее проволокой. Размеры бокса зависят от мощности трансформатора. Лучше всего использовать его из сварочного аппарата. Если он большой мощности, то его следует перемотать.
  3. Во избежание перегрева трансформатора его обматывают тонким алюминием.
  4. На дне кирпичного бокса располагается глиняная подложка, чтобы расплавленный металл не растекался.
  5. Устанавливаются графитовые щетки.

Прибор с нихромовой спиралью

Такой прибор используется для выплавки больших объемов металла.

В качестве расходных материалов для обустройства самодельной печи используется:

  • нихром;
  • асбестовая нить;
  • кусок керамической трубы.

После подключения всех составляющих печи по схеме, ее работа состоит в следующем: после подачи электрического тока на нихромовую спираль, она передает тепло металлу и плавит его.

Создание такой печи проводится в следующей последовательности:

  1. Навивание спирали, для нее используется проволока диаметром 0,3 мм, длина заготовки должна быть около 11 метров.
  2. Проволока наматывается вокруг длинной трубки, ее диаметр – 5 мм.
  3. Кусок трубы из керамики выступает в качестве тигля, его подрезают до нужного размера, примерно на 15 см. В один его конец вставляется асбестовая нить, чтобы расплавленный металл не растекался.
  4. Укладка спирали вокруг трубы. Между ее витками укладывается асбестовая нить, она ограничит доступ кислорода и тем самым не допустит замыкания в печи.
  5. В таком виде катушка помещается в лампу высокой мощности, в ней имеется патрон нужного диаметра, который чаще всего изготовлен из керамики.

Такая конструкция отличается высокой производительностью, она долго остывает и быстро нагревается. Но необходимо учесть, что если спираль будет плохо изолирована, то она быстро перегорит.

Схемы доменной печи

Устройство доменных печей и производственный процесс выплавки практически одинаковы во всех странах и принципиальных различий не имеют. Но имеются разные схемы несущих конструкций, обладающие собственными особенностями и спецификой.

Особенности схем разных конструкций печей

  1. Шотландская схема (а). Колошник установлен на специальные несущие конструкции, называемые основными колоннами. Как правило, их количество соответствует числу фурм. Это делается для удобства работы и обслуживания воздухоподающих отверстий. Если использовать другие варианты размещения, то фурмы придётся располагать неравномерно, что скажется на режиме наддува и общем качестве металла. Недостатком этой схемы является возможность передачи вибрации с погрузочных устройств на конструкцию печи. Кроме того, существуют трудности в проведении срочных ремонтных работ или реконструкций. При этом такая печь обходится дешевле и обладает меньшей массой, что сокращает время постройки.
  2. Немецкая (б). Колошник установлен на собственные опоры (колонны). Это улучшает качество обслуживания горна, но создаёт возможность образования чрезмерных напряжений в зоне заплечиков из-за нагрузок от веса башни. Усиление конструкции образует проблемы с доступом к заплечикам, что сказывается на режиме и качестве работ.
  3. Комбинированная (в). В этом варианте схемы напряжения на заплечиках снижены, но это сделано за счёт более сложного обслуживания участка горна. При этом данная схема обеспечивает высокую прочность кожуха, который продолжает эффективно функционировать даже при наличии заметных трещин. Такая особенность схемы по достоинству оценена специалистами, работающими на сырьё с большим процентным содержанием цинка. Он образует излишнее давление на стенки башни, увеличивая частоту капитальных ремонтов.
  4. Японская (г). Несущими конструкциями являются 6 колонн, снабжённых кронштейнами. Несмотря на повышенную несущую способность, отмечаются заметные недостатки — дисбаланс нагрузок увеличивает вес опор, диаметр воздуховода увеличен по сравнению с другими вариантами схем, что способствует возрастанию нагрузок на фурменное оборудование. Дополнительным недостатком считается сложность организации напольного транспорта в зоне горна.
  5. Американская (д). Схема отличается наличием 4 несущих колонн. Преимуществами являются пониженная вибрация, возникающая при работе загрузочных механизмов, а также значительно улучшен доступ к участку леток и фурм.

Указанные схемы разрабатывались и совершенствовались в разных условиях, что и стало причиной появления некоторых различий в конструкции. Тем не менее, все они вполне успешно эксплуатируются и дают продукцию высокого качества.

Как сделать самостоятельно доменную печь

Доменная печь используется в металлургии для выплавки чугуна и ферросплавов из шихты. Она имеет высокую производительность, поэтому в последнее время для обогрева частного дома многие мастера делают такие печи самостоятельно. Эти печи также имеют другое название — печи шахтного типа или печи длительного горения.

Устройство большой доменной печи.

Доменная печь, сделанная своими руками, работает по тому же принципу, что и ее промышленный вариант, она позволяет максимально эффективно использовать топливо, а его расход значительно снижается. Такая печь — лучшее решение для обогрева дома, дачи, гаража, теплицы.

Такая домна, сделанная своими руками, может работать на угле, дровах и даже опилках. Можно купить печь длительного горения в магазине, но если все сделать своими руками, то экономия получится солидная.

Что такое доменное производство

Устройство доменной печи состоит из оборудования, посредством, которого очищается газ, из подбункерных помещений, которые нужны для гидроуборки. Также в ней есть разливочные машины и изделия, отвечающие за переработку шлака.

Если требуется ремонт составляющих доменной печи, то используется исключительно огнеупорный материал, с помощью которого ремонтируется:

  • Воздухонагреватель;
  • Воздухопровод;
  • Желоба;
  • Чугуновозные ковши.

Для того чтобы интенсифицировать плавку, может использоваться топливнокислородная высокоскоростная горелка или плазменная горелка. Помимо этого, внутри доменных печей присутствует автоматизированная установка, за счет которой удается дистанционно управлять вагонами-весами, а также осуществлять гидрообеспыливание подбункерного помещение, укрытие ковшей и желобов по которым течет металл.

В доменном производстве используется природный газ, увлажненное дутье с постоянной влажностью, а также дутье, которое обогащено кислородом.

Для чего нужны печи шахтного типа?

Шахтные печи получили широкое распространение в цветной металлургии, а также в металлообработке.

И их помощью происходит плавка руды и агломерата для получения таких металлов, как никель, свинец, медь и цинк.

В термической обработке металлов все печки подобного типа можно разделить на основные группы, по характеру выполняемых ими задач:

  • Шахтные печи для цементации и нитроцементации;
  • Карбонитрирования;
  • Азотирования;
  • Обработки после процессов ХТО в защитной или воздушной среде.

Подобные печи обладают весьма солидной мощностью. Для оптимального применения таких агрегатов нужно с особой тщательностью проводить расчеты материалов, погружаемых в них.

Размер кусков шихты или расплавляемого металла не должен превышать 6 – 12 сантиметров, а в отдельных, особо мощных печах, допускается применять образцы до 24 сантиметров. Главное, сопоставлять мощность установки с размером закладываемых частей шихты.

Принцип работы

Электрическая печь для плавки металла способна успешно работать  на сталелитейном производстве и в домашней мастерской. Принцип работы любой конструкции работающей с использованием электрической дуги разбит на 3 этапа:

Процесса плавки шихтового материала. На этом этапе, поверхность расплава закрывается пленкой, препятствующей поступлению различных вредных газов. Происходит поглощение фосфора, серы и других химических элементов, влияющих на качество стали и сплавов.
Окисления металлов. На этом этапе корректируется содержание в металле вредных веществ. Максимальный уровень фосфора или серы, не должен превышать 0,15% от общей массы

Для формирования марки сталей важно обеспечить корректировку содержания в ней азота, водорода. Уровень температуры в печи на этом этапе поддерживается выше предела плавления основного вещества на 1200

В качестве окислителя используется кислородный или слой окалины.
Этапа восстановления. В этот период удаляются серные включения, и структура металла доводится до заданного уровня по содержанию легирующих добавок и углерода.

Это общий принцип работы печей, но в зависимости от вида приборов, печь будет работать по определенной схеме. Разберем этот вопрос подробнее.

Постоянного тока

Электродуговые печи постоянного тока – устройства для использования в литейном деле и металлургической промышленности. С помощью поддержания дуги по центру увеличивается срок службы внутреннего слоя огнеупорных кирпичей в камере нагрева металлов. Такая работа приводит к экономии электроэнергии, повышению уровня производительности печей. Такие устройства состоят:

  • наружного корпуса камеры нагрева металлов;
  • свода из огнеупорного материала;
  • нагревательного электрода, который монтируется в своде;
  • в поде камеры установлены 2 электрода;
  • три мощных электромагнита для корректировки положения электродуги;
  • системы контроля над работой установки. В нее входят термодатчики, термопары и другое оборудование для управления процессом. Термопары устанавливают в верхней полости свода, над верхним пределом расплавленного металла, на минимальном расстоянии в 500 мм;
  • блока управления электромагнитами;
  • установлен дополнительный источник тока, с напряжением в 24 В.

Электромагниты удерживают дугу на центре камеры. Они устанавливаются так, чтобы угол отклонения по осям не составляло более 1200.

Переменного тока

Дуговые печи переменного тока – их принцип действия основан на пронизывающем эффекте переменного магнитного потока, который проходит через замкнутый контур камеры. В нее помещены материалы, которые под действием магнитного поля расплавляются. Внутренняя камера заключена в металлический корпус из жаропрочной стали.  Все внутреннее пространство до определенного уровня заполняется расплавленным металлом с легирующими добавками.

Сталь доводится до определенной температуры, проходит все три этапа приведенные выше и после окончания процесса плавки выводится в отдельный канал. При выпуске металла из печи, ток размыкается и расплавленная, готовая сталь сливается в ковши.

Литература и источники

  • Бабарыкин Н. Н. Теория и технология доменного процесса. — Магнитогорск: ГОУ ВПО “МГТУ”, 2009. — С. 15. — 257 с.
  • Карабасов Ю. С., Черноусов П. И., Коротченко Н. А., Голубев О. В. Металлургия и время: энциклопедия. Т. 6. Металлургия и социум. Взаимное влияние и развитие. — Москва: Изд. Дом МИСиС, 2014. — 224 с. — ISBN 978-5-87623-536-7.
  • Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина. — М.: Рус. яз., 1989. — 446 с. — ISBN 5-200-00797-6.
  • Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е. Металлургия чугуна. — Киев.:Выща школа, 1988. — 352 с.
  • Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — М.: Детгиз, 1954. — 486 с.
  • Рамм А. Н. Современный доменный процесс. — Москва.:Металлургия, 1980. — 303 с.
  • Товаровский И. Г. Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: «Пороги», 2009.-768 с.
  • Андронов В. Н. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс. — Донецк: Норд-Пресс, 2009.-377 с. — ISBN 978-966-380-329-6.
  • Г. Н. Еланский, Б. В. Линчевский, А. А. Кальменев Основы производства и обработки металлов. Москва 2005 г.

Связь с другими словами

Слова содержащие -домна-:
  • бездомная
  • двудомная
  • надомная
  • однодомная
  • подомная

Какой бывает домна (прилагательные)?

Подбор прилагательных к слову на основе русского языка.

первой новой большей старой огромной небольшой плавильной раскаленной гигантской последней божьей петровской примитивной остальной приземистой всемирной высокой лучшей построенной северной пылающей древнейшей работающей задутой заснеженной растрепанной красивой уцелевшей казенной пятой широкой некой дородной хорошей чудовищной мощной огнедышащей кузнецкой прекрасной целой действующей крайней девятой миловидной фабричной нужной сверхмощной земной семидесятилетней древней небесной подорванной деревенской разгневанной мудрой могучей единственной привычной молчаливой погашенной дряхлой пущенной большой дальнобойной

Что может домна? Что можно сделать с домной (глаголы)?

Подбор глаголов к слову на основе русского языка.

оказаться потухнуть нахмуриться подойти привлечь вырваться идти поднять отправиться дать сесть потерять вернуться сереть кашлянуть пойти давать поправить шипеть приказать исчезнуть разглядывать напоминать рвануть наклониться произнести выдать засмеяться простираться пожать уйти решить усмехнуться довести заморгать выбыть прищуриться гудеть кашлять говорить ходить выделяться кивнуть сделать наказывать подтолкнуть вскочить выкристаллизовать стоять наморщить замахнуться рассказывать руководить пристукнуть вытянуться отказаться сказать устать вылезти вынести покончить отыскать войти отодвинуться

Ассоциации к слову домна

россия тема провинция урал каркас труд земля ожидание часть нежность смерть фундамент достоинство мир прикрытие грохот время мех пол монета озеро масштаб небо жена температура выполнение планета миг жизнь кузнецк шиворот весна порядок бад металл обойма руда стеклышко минута план колокольчик шихта столовая рур брюхо изба

Металлургия Техника Христианство Общая лексика Религия

Устройство

Рассматриваемая печь – своеобразный трансформатор, но только в нем нет вторичной обмотки, ее заменяет помещенный в индуктор металлический образец. Он будет проводить ток, а вот диэлектрики в этом процессе не нагреваются, они остаются холодными.

Конструкция индукционных тигельных печей включает в себя индуктор, который состоит из нескольких витков медной трубки, свернутой в виде катушки, внутри нее постоянно передвигается охлаждающая жидкость. Также индуктор вмещает в себе тигель, который может быть из графита, стали и других материалов.

Кроме индуктора в печи установлен магнитный сердечник и подовый камень, все это заключено в корпус печи. В него входят:

  • кожух индукционной единицы;
  • кожух ванной;
  • каркас.

В моделях печей большой мощности кожух ванны обычно выполняется достаточно жестким, поэтому каркас в таком устройстве отсутствует. Крепление корпуса должно выдерживать сильные нагрузки при наклоне всей печи. Каркас чаще всего изготавливается из фасонных балок, выполненных из стали.

Тигельная индукционная печь для плавки металла устанавливается на фундамент, в который вмонтированы опоры, на их подшипники опираются цапфы механизма наклона устройства.

Кожух ванны выполняется из металлических листов, на которые для прочности наваривают ребра жесткости.

Кожух для индукционной единицы используется в качестве соединительного звена между печным трансформатором и подовым камнем. Его для уменьшения потерь тока делают из двух половинок, между которыми предусмотрена изолирующая прокладка.

Стяжка половинок происходит за счет болтов, шайб и втулок. Такой кожух делается литым или сварным, при выборе материала для него отдают предпочтение немагнитным сплавам. Двухкамерная индукционная сталеплавильная печь идет с общим кожухом для ванны и для индукционной единицы.

В небольших печах, в которых не предусмотрено водяного охлаждения имеется вентиляционная установка, она помогает отводить из агрегата излишки тепла. Даже вы случае установки водоохлаждаемого индуктора необходимо вентилировать проем, возле подового камня, чтобы он не перегревался.

В современных печных установках имеется не только водоохлаждаемый индуктор, но и предусмотрено водяное охлаждение кожухов. На каркасе печи могут быть установлены вентиляторы, работающие от приводного двигателя. При значительной массе такого устройства, вентиляционный прибор устанавливают возле печи. Если индукционная печь для производства стали идет со съемным вариантом индукционных единиц, то для каждой из них предусматривается свой вентилятор.

Отдельно стоит отметить механизм наклона, который для малых печей идет с ручным приводом, а для крупных он оснащен гидравлическим приводом, расположенным у сливного носика. Какой бы ни был установлен механизм наклона, он обязан обеспечивать слив полностью всего содержимого ванной.

В чем заключается доменный процесс


Устройство доменной печи:1. Горячее дутьё.2. Зона плавления (заплечики и горн).3. Зона восстановления FeO (распар).4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта).5. Зона предварительного нагрева (колошник).6. Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса.7. Доменный газ.8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса.9. Выпуск шлака.10. Выпуск жидкого чугуна.11. Сбор отходящих газов.

Для успешной плавки чугуна в доменной печи должны всегда соблюдаться основные моменты. Во-первых, температура по всему объему печи и тепло должны обеспечивать протекание требуемых реакций в нужном месте и в определенное время. Это происходит за счет движения навстречу друг другу двух потоков. Газ от сгорания топлива поднимается снизу вверх, а шихта, нагревающаяся теплом газа, спускается сверху вниз. Во-вторых, шлак должен образовываться только тогда, как закончится восстановление железа и необходимых примесей из руды

Здесь важно правильно подобрать тугоплавкость шлака сорту чугуна. Это необходимо для того, чтобы шлак преждевременно не сплавил руду, что приведет впоследствии к изменению состава чугуна и может вызвать сбой в процессе плавки

Началом данного процесса является горение топлива. При взаимодействии с кислородом, природный газ и углерод кокса сгорают, образуя значительное выделение тепла.

C + O2 = CO2 + Q; Ch5 + 2O2 = CO2 + 2h3O + Q

Происходит взаимодействие продуктов сгорания с коксом в соответствии с реакциями:

CO2 + C = 2CO – Q; h3O + C = CO + h3 – Q

В этой смеси окись углерода – главный восстановитель железа из оксидов железа. Чтобы увеличить производительность печи, воздух, поступающий в печь, увлажняют, за счет чего увеличивается количество восстановителя. При поднятии газы, температура которых достаточно высока, нагревают шихту. Сами они при этом охлаждаются приблизительно до 300-400 градусов. Шихта двигается вниз навстречу газу. Когда температура достигнет приблизительно 570°С, происходит восстановление оксидов железа. Этот процесс состоит из нескольких последовательных этапов по схеме: Fe2O3 -> Fe3O4 -> FeO -> Fe.

Эти химические реакции определяет температура. Восстановление оксида железа происходит твердым углеродом (прямое восстановление), водородом и оксидом углерода (косвенное восстановление). В первом случае процесс осуществляется в зоне распара при наличии высоких температур в соответствии с реакцией: FeO + C = Fe + CO – Q.

Во втором случае, при косвенном восстановлении, реакция происходит при более низкой температуре в верхней части печи: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q; Fe3O4 + CO = 3Fe O + CO2 – Q; Fe O + CO = Fe + CO2 + Q.

Пылеулавливание и очистка доменных газов

Колошниковый газ при работе на руде выносит до 170 кг пыли на 1 т чугуна. При работе на агломерате и повышенном давлении на колошнике вынос пыли уменьшается в 3—5 раз. Для эффективного сжигания и в целях предупреждения засорения топочных устройств газ очищают от пыли. Чем сложнее устройства для сжигания газа, тем тщательнее должна быть очистка.

Очистку обычно производят в три стадии: грубую — до содержания пыли 4—1 г/м3, полутонкую 0,8—0,1 г/м2 и тонкую —

до 0,05—0,01 г/м3.

Грубая очистка в двух последовательно расположенных сухих пылеулавливателях (см. рис

. 3) удаляет около 80% пыли. После этого газ поступает в скруббер (рис . 5) мокрой полутонкой -очистки, а из него с содержанием 0,8—0,2 г/м3 пыли — в мокрые динамические газоочистители (дезинтеграторы) или электрофильтры.

Дезинтегратор (рис.

6) —мощный вентилятор, засасывающий газ из скруббера. На его валу укреплен диск с лопастями и консольными стержнями — бичами. Последние при вращении диска входят в промежутки между неподвижными бичами, укрепленными на корпусе машины. Лопасти захватывают газ из двух боковых подводов, бичи перемешивают его с водой, непрерывно подаваемой по сифонным трубам. Влажная пыль отбрасывается в сливной канал, а газ вместе с водяным туманом подается лопастями вентилятора в выходное отверстие средней камеры. Капли воды отбрасываются на стенки и стекают вниз, в сливную трубу, а очищенный газ выходит по газоотводу. Производительность дезинтегратора 80000 м3/ч. Содержание пыли на выходе составляет около 0,1—0,02 г/м3 при расходе воды 0,5—0,6 л/м3 газа.

Для тонкой газоочистки применяют также трубчатые электрофильтры, обычно совмещенные со скруббером мокрой полутонкой газоочистки. Осадительными электродами служат круглые или шестигранного сечения трубы диаметром 150—300 мм и длиной 3000— 4000 мм. Вода, орошающая насадки скруббера, стекает в отстойник. Производительность каждого такого агрегата составляет 40000 м3/ч; содержание пыли снижается от 0,07—0,2 г/м3 при расходе воды 4— 3,5 л/м3 и электроэнергии 0,55 кВтХч на 1000 м3 газа.

Устройство доменной печи и ее работа

Рис.6 Устройство доменной печи

 

Доменная печь имеет сталь­ной кожух, выложенный внутри огне­упорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошни­ка находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту (оф­люсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают, подают в вагонет­ки 9 подъемника, которые передвигают­ся по мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что пред­отвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после очередной загрузки поворачиваются на угол, кратный 60°.

При работе печи шихтовые матери­алы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подают­ся новые порции шихты в таком ко­личестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен. Полезный объем печи – это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные пе­чи имеют полезный объем 2000-5000 м3. Полезная высота доменной печи достигает 35 м.

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через кото­рые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух нагревают для уменьшения по­терь теплоты и снижения расхода кок­са. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателя, внутри которо­го имеются камера сгорания и насадка. Насадка выложена из огнеупорных кир­пичей, так что между ними образуются вертикальные каналы. В камеру сгора­ния к горелке подается очищенный от пыли доменный газ, который сгорает и образует горячие газы.

Газы, проходя через насадку, нагре­вают ее и удаляются через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и через насадку пропускается воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной. Воздух, проходя через насадку, нагревается до температуры 1000-1200° С и поступает к фурменному устройству 14, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство. Доменная печь имеет несколько воздухе нагревателей: в то время как в одни насадках нагревается, в других насадках отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждения насадки воздухом нагреватели переключаются

В результате сплавления оксидов Аl2Оз, CaO, MgO, пустой породы руды, флюсов и золы топлива образуется шлак. Шлак стекает в горн и скап­ливается на поверхности жидкого чу­гуна благодаря меньшей плотности.

Чугун выпускают из печи каждые 3-4 ч, а шлак – через 1-1,5 ч. Чугун выпускают через чугунную летку 16 – отверстие в кладке, рас­положенное несколько выше лещади, а шлак – через шлаковую летку 17. Чугунную летку открывают бурильной машиной, после выпуска чугуна ее закрывают огнеупорной массой. Чугун и шлак сливают в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши. Чугун транспор­тируют в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жид­ком виде, разливают в изложницы разливочной машины, где он затверде­вает в виде чушек-слитков массой 45 кг.


Узнать еще:

Устройство и работа доменной печи схема

Доменная печь состоит : из колошника 1, куда при опускании колошникового затвора 2 поступают руда, плавень и топливо, шахты 3, в которой протекают реакции восстановления железа, «распара» 4, где заканчивается шлакообразование, и «заплечиков» 5, по которым загруженные материалы постепенно опускаются в горн 6, превращаясь в расплавленный чугун и расплавленный шлак. Горн выкладывают из высококачественного шамотного кирпича; снаружи он покрыт стальными листании и охлаждается водой. Доменная печь имеет стальной сварной кожух. Топливо сгорает у (воздушных фурм 7, к которым через кольцевую воздушную трубу 8 и отходящие от нее рукава подводится нагретый воздух. В нижней части горна имеется чугунная летка» 10 – отверстие для выпуска чугуна.
Выше расположена «шлаковая летка» 11 для выпуска шлака. Горячие газы, образующиеся в печи, отводят через газопроод 12, очищают их и используют для подогрева воздуха, подаваемого в печь, и для других нужд завода (для нагревания мартеновских печей, в которых идет передел чугуна на сталь).

Руду, плавень (флюс) и кокс загружают в доменную печь сверху чередующимися слоями. По мере сгорания кокса и расплавления слоев, находящихся внизу, вся масса в печи постепенно опускается, сверху же загружают все новые порции материалов. Горение в доменной печи поддерживается воздухом, который вдувают под давлением около 1,5 ати, предварительно нагревая до 800-900°. Подогревают воздух в особых воздухо­нагревателях (устаревшее название «каупер»), представляющих собой круглую башню со стальным кожухом и внутренней кладкой из огнеупорного кирпича с вертикальными каналами.

Отходящие из доменной печи газы содержат значительное количество окиси углерода (СО). При горении она выделяет большое количество тепла. Газы очищают от пыли в специальном устройстве и направляют в воздухонагреватель, где СО сгорает, нагревая огнеупорную кладку. Затем в воздухонагреватель нагнетают воздух. Проходя через нагретые каналы огнеупорной кладки, воздух подогревается, газы же из доменной печи в это время направляются в другой воздухонагреватель.
Материалы, загруженные в верхнюю часть доменной печи, высушиваются и постепенно прогреваются. В нижележащих зонах печи окись железа (Fe2O3 или Fe3O4), содержащаяся в руде, восстанавливается окисью углерода до закиси железа (FeO). Дальше закись железа восстанавливается до чистого железа: в средних и нижних зонах доменной печи появляются его первые губчатые комочки. Восстановленное железо, опускаясь в печи, постепенно насыщается углеродом. Получившийся карбид железа (Fe3C) растворяется в железе при высоких температурах и науглероживает его, понижая температуру плавления сплава. Поэтому в верхней части «заплечиков» при t = 1250-1300° появляются первые капли жидкого сплава, которые стекают вниз, еще больше насытившись углеродом и растворив часть кремния и марганца. Так образуется. чугун, содержащий до 3,5-4,0% углерода и стекающий в расплавленном состоянии на дно горна. Одновременно идет реакция между пустой породой и плавнями, в результате которой образуется жидкий шлак, также стекающий вниз. Шлак всплывает поверх чугуна, защищая его от окисления. Время от времени шлак сливают через шлаквую летку, чугун же периодически выпускают через нижнюю летку. Таким образом осуществляется непрерывный процесс выплавки чугуна. Для получения 1 т чугуна (передельного) примерно расходуется: железной руды 1,6 г, известняка 0,4 т, марганцевой руды 0,1 т,кокса 0,9 т.

Как работать с доменной печью

Экспериментальная доменная печь привлекает все больший интерес в последнее десятилетие как практическое средство для исследования широкого круга 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 промышленных условиях эксплуатации. Кроме того, экспериментальная печь может работать за пределами диапазона плавной работы, даже до отказа, чтобы обозначить пределы работоспособности.Такое отклонение от нормальной производственной практики было бы экономически недопустимо при промышленных операциях, где производительность и стабильность работы могут быть нарушены.

Экспериментальная доменная печь Федерального горного бюро в Брюстоне, штат Пенсильвания, недалеко от Питтсбурга, эксплуатировалась и разрабатывалась с 1951 года. Однако полезность этих экспериментальных данных для промышленной практики была несколько туманной в ранних экспериментах, и корреляция между ними экспериментальная доменная печь с промышленной доменной печью не была известна.

Чтобы восполнить этот недостаток, в течение примерно 2 лет (1955-57) операции были направлены на то, чтобы показать, что условия испытаний и рабочие результаты, полученные с экспериментальной доменной печью, могут быть воспроизведены из одной серии испытаний в другую. Затем, в период с 15 мая по 21 сентября 1957 года, были проведены испытания, сравнивающие экспериментальную 4-футовую доменную печь непосредственно с промышленной 28-футовой доменной печью.

По имеющейся информации, максимальная скорость ветра, которая могла быть эффективно применена к печи Fairless, составляла 85 000 стандартных кубических футов в минуту, когда 50 процентов руды составлял мягкий агломерат.Выше этой скорости ветра движение инвентаря стало нерегулярным, а анализы металлов – ошибочными. Экспериментальная печь загружалась идентичным сырьем и работала таким образом, чтобы такие параметры, как количество кокса, объем шлака, основность шлака и состав металла, почти соответствовали результатам Fairless при скорости ветра 85000 стандартных кубических футов в минуту, было обнаружено, что максимальная скорость ветра которая могла быть эффективно применена к экспериментальной печи, составляла 900 стандартных кубических футов в минуту. Следовательно, указанный коэффициент корреляции для максимальной рабочей скорости ветра составлял примерно 95: 1.Затем этот коэффициент использовался в оставшихся испытаниях, чтобы определить скорость ветра, которая будет применяться к экспериментальной печи, чтобы приблизиться к сопоставимым условиям движения.

Дополнительные коэффициенты корреляции были получены при эксплуатации экспериментальной печи на второй шихте, такой же, как та, которая используется в печи Fairless и в печи South Works компании United States Steel Corp. Те же сорт и типы сырья, что и те же используемые в промышленных печах, выплавлялись в экспериментальной печи.Экспериментальные работы велись в диапазоне, в котором поток газа и движение массы были достаточно плавными и регулярными. Затем данные о производстве металла, скорости ветра, температуре дутья, падении давления в основной колонне и содержании сухой пыли в отходящих газах сравнивались с данными промышленных печей. Корреляция печи с подом 28 футов и печи с подом 4 фута показала, что скорость ветра и производительность для промышленных печей могут быть примерно в 95 раз выше, чем у экспериментальной печи; температура дутья от двух третей до трех четвертей от температуры экспериментальной печи; и сухой пыли в 1-1 / 3 раза больше, чем в экспериментальной печи.

Когда работа была направлена ​​на демонстрацию возможности дублирования условий испытаний и рабочих результатов, также была разработана информация по таким вопросам, как: (1) производство мартеновского шлака для извлечения марганца из мартеновского шлака, (2) замена кокса антрацитом в топливная нагрузка, (3) плавка титаносодержащих руд, (4) плавка сырых необожженных агломератов окатышей и (5) плавка различных смесей или комбинаций отечественных и зарубежных руд в естественном или переработанном состоянии.

Экспериментальная установка

Экспериментальная установка состояла из опытной доменной печи и вспомогательного оборудования для подачи, подогрева и увлажнения дутья; сушка, просеивание и загрузка сырья; и утилизация чугуна и шлаков.Предусмотрены приборы для автоматического регулирования температуры дутья, УВВ и влажности УВВ. Объем холодного воздуха контролировался вручную и измерялся расходомером диафрагменного типа. Все оборудование было адаптировано по размеру и характеристикам, чтобы соответствовать ожидаемому диапазону операций, которые должны были выполняться в экспериментальной печи.

Опытная печь соответствовала основным направлениям промышленных доменных печей. Однако он не был уменьшен одинаково во всех размерах, а был разработан с такой высотой штабеля и внутренним диаметром, чтобы время удерживания твердого вещества было приблизительно равным при работе в более низком диапазоне скоростей ветра.Скорость газа будет приближаться к верхнему диапазону объемов воздушного потока, который может быть применен к экспериментальной печи.

На рисунке 1 показаны основные размеры печи, использованной в этих экспериментах.

Рабочая высота печи составляла 21 фут 4 дюйма от центральной линии фурм до основной линии. Внутренний, или рабочий объем, составлял примерно 327 кубических футов между фурмами и основной линией. Три фурмы с диаметром сопла 1 дюйма были разнесены с интервалом 120 °.Верхняя часть печи была оборудована вращающимся приемным бункером для распределения исходных материалов, большим и малым отсеками колпака для прохода сырья в шахту печи и двумя выходными отверстиями в верхней части печи для отвода газообразных продуктов.

Опытные работы

Производительность металла и расход кокса являются важнейшими статьями экономики доменного производства. Скорость производства зависит от содержания железа в руде и ее пропускной способности, которая, 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, которая может быть выплавлена ​​при заданной скорости ветра и температуре дутья. Для этого исследования план состоял в том, чтобы работать с коэффициентами нагрузки, аналогичными тем, которые используются в промышленных печах, а затем определить максимальную скорость ветра, при которой можно поддерживать бесперебойную работу при производстве металла промышленного качества.

Три различных шихты сырья, которые использовались в промышленных масштабах в подовых печах диаметром 28 футов заводов Fairless и South Works компании United States Steel Corp.выплавлялись в опытной печи КБ. 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 обширную область исследуемых сравнительных операций. Фиксированный углерод в коксе Fairless составлял 90,8%, а в коксе South Works – 91,6%. Зольность коксов Fairless и South Works составляла 8,3 и 6.8 процентов соответственно. Размер известняка и доломита составлял 15/16 дюйма на 2 дюйма и дюйма на 1-7 / 8 дюйма соответственно. Весь кокс имел размер ¾ дюйма на 2 дюйма.

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

Доступна информация о максимальной скорости ветра в печи Fairless, в которой 50 процентов руды составляло мягкий агломерат. Максимальный ветер, который можно было эффективно использовать при работе с этой нагрузкой, составлял 85 000 стандартных кубических футов в минуту.Движение запасов стало нерегулярным, и анализ металлов был нестабильным, 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 испытании 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 исходной руды) при скорости ветра 600 стандартных кубических футов в минуту и ​​1.95 Соотношение загрузки руды и кокса. Затем скорость ветра увеличивалась на 50 стандартных кубических футов в минуту с 24-часовыми интервалами до тех пор, пока движение материала не стало нерегулярным, а анализы металлов не стали нестабильными и печь не стала работать. Максимальный рабочий уровень ветра для экспериментальной печи на описанной шихте составлял 900 стандартных кубических футов в минуту. Таблица 4 показывает сходство упомянутых элементов для двух печей, промышленной и экспериментальной, при соответствующих максимальных скоростях ветра.

Таким образом, указанный коэффициент для максимальной рабочей скорости ветра составлял приблизительно 95 для переноса из экспериментальной печи в доменную печь с диаметром пода 28 футов (то есть 85000, 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. Однако были получены обширные данные по промышленным предприятиям твердого агломерата Fairless и отложениям South Works Mesabi. Экспериментальная печь эксплуатировалась на этих шихтах в условиях, которые соответствовали скорости движения, расходу кокса, объемам и основности шлака, а также составу металла при работе большой печи.Полученный ранее коэффициент для соотнесения скоростей ветра в малых и больших печах (одна девяносто пятая скорости ветра в промышленных печах) затем был использован для определения скорости ветра, которая будет применяться к экспериментальной печи для достижения сопоставимых условий движения. Элементы содержания кокса и шлака, основность шлака и состав металла тщательно контролировались, чтобы привести их в соответствие с условиями промышленной печи, загружая их идентичным сырьем при почти эквивалентных весовых соотношениях на загрузку.

Экспериментальная печь работала на твердой агломерационной шихте Fairless при скорости ветра 1050 стандартных кубических футов в минуту (одна девяносто пятая от скорости Fairless в 100000 стандартных кубических футов в минуту) и скорости кокса 1344 фунта на тонну. горячего металла. Работа на шихте South Works в Месаби проходила при скорости ветра 960 стандартных кубических футов в минуту (одна девяносто пятая от нормы South Works в 91 000 стандартных кубических футов в минуту) и при норме кокса 1578 фунтов на тонну чугуна. .Сходство данных для различных элементов экспериментальных и промышленных печей (под 28 футов) показано в таблице 5.

Обсуждение результатов

Путем контроля рабочих условий экспериментальной печи, чтобы они были Данные по производительности, температуре горячего дутья, количеству сухой пыли и падению давления почти аналогичны промышленным условиям. Сравнение падения давления основано на разнице между давлением в фурме и верхним давлением для каждой печи.Связь данных промышленной печи с данными экспериментальной печи показана в таблице 6.

Факторы, связывающие результаты экспериментальной печи с промышленными операциями, близко совпадают для твердых агломератов и шихты Месаби. Таким образом, приблизительные коэффициенты для перевода экспериментальных данных в полномасштабные операции на печах с 28-футовым подом следующие: производительность 95; перепад давления – 3,6; запыленность 1,33; и 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 материалов шихты, различных составов шлака, различных комбинаций сырья в шихте и различных методов эксплуатации.Таким образом, экспериментальная печь представляет собой практическое устройство для получения предварительной информации о сырье с неизвестными характеристиками плавления в рабочих условиях, которые могут значительно отличаться от обычной производственной практики. На основе результатов экспериментальных печных операций на новом сырье с использованием различных рабочих технологий, такие параметры, как расход кокса, производство металла, уровень запыленности, падение давления, температура горячего дутья и максимальная скорость ветра, могут быть разумно спрогнозированы для промышленных печей.Эта информация может быть получена быстро и экономично в экспериментальной установке, тогда как при промышленных операциях информация должна развиваться поэтапно в течение продолжительных периодов эксплуатации, чтобы избежать нарушения нормальной производственной деятельности.

Традиционный и современный дизайн доменной печи

В 20 финансовом году производство стали в Индии составило 109 тонн, и это второй по величине производитель стали на планете после Китая. В Индии потребление стали на душу населения составляло около 75 кг, по сравнению с 59 кг в 2014 финансовом году.Несмотря на рост потребления, это намного ниже среднего мирового потребления в 230 кг. Потребление стали на душу населения – один из самых сильных индикаторов экономического развития страны. Таким образом, у Индии есть амбициозный план увеличения производства стали примерно до 250 тонн и потребления на душу населения примерно до 160 кг к 2030 году. Производители стали в Индии могут быть классифицированы по производственным маршрутам как (а) кислородный маршрут (маршрут доменной печи / конвертера печи). ) и (б) электрический маршрут (электродуговая печь и индукционная печь).Одной из основных проблем для производителей обоих маршрутов является доступность такого сырья, как железная руда, железо прямого восстановления (DRI) и лом. Чтобы достичь уровня 250 тонн, производители стали должны сосредоточиться на улучшении текущего процесса и продукта, а также на исследованиях и разработках. Задача остановить глобальное потепление вынудила мировую сталелитейную промышленность резко сократить выбросы CO2. В случае Индии эта цель будет чрезвычайно сложной, если исключить дублирование производства, запланированное к 2030 году.В этой работе основное внимание уделяется недавнему развитию различных процессов и связанных с ними проблем. Обсуждаются возможности и возможности для улучшения текущих процессов, таких как рециркуляция верхнего газа, увеличение вдувания пылевидного угля и гидрирования, а также внедрение новых процессов, таких как HIsarna и другие технологии производства чугуна с обедненным CO2. Кроме того, рассматривается возможный переход к водородному производству чугуна и «зеленой» электроэнергии при плавке. Благодаря быстрому совершенствованию существующего оборудования и смелым инвестициям в новые технологии с низким содержанием углерода, выбросы CO2 в сталелитейной промышленности Индии могут достигнуть пика и снизиться в сторону производства с нулевым выбросом углерода.

Доменная печь и печи | Eurotherm by Schneider Electric

Доменная печь

Доменная печь обеспечивает сырье для производства стали. Железо, произведенное в доменной печи, содержит высокую долю углерода, обычно 4%, и не имеет каких-либо добавок, необходимых для придания стали ее различных особых свойств.

Ранний процесс производства чугуна

Сырье для производства чугуна, железная руда, известняк и кокс обычно находили рядом с литейным цехом.Месторождения железной руды в горах Уэльса, которые были видны и собирались над землей, были известны как пятна.

Для плавки железной руды требовалось большое количество тепла, и была необходима печь, чтобы удерживать материалы и выдерживать высокие температуры. Первые печи были каменными и облицованы огнеупорным кирпичом. Неочищенный расплавленный чугун собирался на дне печи и выпускался в резервуары, называемые чушками. Выражение “чугун” до сих пор используется в современном сталеплавильном производстве.

Принципы производства чугуна и стали изменились очень мало, за исключением того, что современные доменные печи намного большего размера включают гораздо больше автоматического управления для увеличения производительности и эффективности печи.

Строительство доменных печей

В 1950-х и начале 1960-х годов доменные печи Великобритании выгодно отличались от доменных печей в других странах. Диаметр пода в этот период варьировался от 8 до 9,5 метров, с производительностью от 1800 до 2000 тонн в день и рабочим объемом около 1500 м.

Производительность доменной печи была выражена как:

Производительность (т / день)

Рабочий объем (м3)

Подстановка вышеуказанных цифр дает коэффициент производительности от 1,3 до 1,5.

К середине 1960-х годов японцы добились значительных успехов в проектировании доменных печей. Суточная производительность увеличена с 3000 до более 11000 тонн при диаметре пода 14 метров и рабочем объеме от 4000 до 5000 м3. Коэффициенты производительности для этих печей находились в пределах 2.0 и 2.5.

Сравнивая эти цифры с данными по Великобритании, становится ясно, что увеличение диаметра доменной печи с 8 до 14 метров увеличило производительность печи только на 50% или около того.

Понимание влияния других параметров на процесс производства чугуна значительно повысило производительность и эффективность. Примеры:

  • влияние расхода топлива, включая температуру дутья, эффективность газа и обогащение кислородом
  • объем дутья и верхнее давление газа
  • качество шихты и аэродинамические факторы
  • доступность (время использования печи по сравнению с ее временем может быть использован)

Великобритания, как правило, не следовала японскому подходу к строительству более крупных печей, но British Steel в Redcar может похвастаться самой большой печью Великобритании высотой 14 метров.При номинальной мощности 10 000 тонн в день он фактически произвел 11 135 тонн в день. Его готовность составляет 97,1%, включая плановые остановки, и 99,9%, если плановые остановки исключены.

% PDF-1.5 % 158 0 объект >>> эндобдж 155 0 объект > поток 2016-10-18T08: 41: 18 + 02: 00LuraDocument PDF Compressor Server 5.0.35.312009-12-18T17: 19: 45 + 01: 002016-10-18T08: 41: 18 + 02: 00LuraDocument PDF v2.311Buuid: uuid: 998f9d37-9ad2-da53-1df0-2288f8e4477f1uuid: 52a618ac-ac18-4d0c-a695-7b2a5085bfbbapplication / pdf конечный поток эндобдж 120 0 объект > эндобдж 167 0 объект > эндобдж 170 0 объект > эндобдж 171 0 объект > эндобдж 172 0 объект > эндобдж 216 0 объект > 211 0 R] / P 207 0 R / Pg 219 0 R / S / Link >> эндобдж 217 0 объект > 214 0 R] / P 209 0 R / Pg 219 0 R / S / Link >> эндобдж 209 0 объект > эндобдж 219 0 объект > / MediaBox [0 0 595.55! Rԡ # Ymw% -j> i

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Мониторинг состояния безопасности пода доменной печи с использованием теплового потока охлаждающей печи: AIP Advances: Том 10, № 2

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ << II. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ... IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ СООТВЕТСТВИЕ Безопасность является главным приоритетом работы доменной печи, а подовая печь является наиболее аварийным компонентом современных доменных печей. 1,2 1. Я. Чжан, Р. Дешпанде, Д. Хуанг, П. Чаубал и К.Q. Zhou, «Численный анализ внутреннего профиля пода доменной печи с использованием CFD и модели теплопередачи для различных периодов времени», Int. J. Тепломассообмен 51 (1-2), 186–197 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.04.0522. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг, П. Чжан и С. Х. Чжоу, «Чувствительное влияние плавающего состояния рабочего тела доменной печи на поток расплавленного чугуна и эрозию пода», ISIJ Int. 55 (11), 2332–2341 (2015). https://doi.org/10.2355/isijinternational.isijint-2014-665 Из-за физических и химических воздействий толщина футеровки пода постоянно уменьшается. 3–5 3. С. Н. Сильва, Ф. Вернилли, С. М. Юстус, Э. Лонго, Дж. Б. Бальдо, Дж. А. Варела и Дж. М. Г. Лопес, «Методика исследования износа углеродистой огнеупорной футеровки пода доменной печи», Матер. Коррос. 64 (11), 1032–1038 (2013). https://doi.org/10.1002/maco.2011063904. С. Н. Сильва, Ф. Вернилли, С. М. Юстус, О. Р. Маркес, А. Мазин, Дж. Б. Бальдо, Э. Лонго и Дж.Варела А. Механизм износа огнеупорной футеровки пода доменной печи // Сталеплавильное производство, 32 (6), 459–467 (2005). https://doi.org/10.1179/174328105×481605. Б. Дж. Монаган, П. Б. Дрейн, М. В. Чепмен и Р. Дж. Найтингейл, «Реакционная способность коксовой золы на алюмосиликатных огнеупорах пода доменных печей», ISIJ Int. 54 (4), 810–819 (2014). https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.810 Аварии прогорания очага могут произойти, если толщина выходит за пределы безопасного диапазона, что может привести к значительным экономическим потерям и даже человеческим жертвам.В Таблице I перечислены некоторые примеры несчастных случаев с прогоранием очага, которые произошли в последние годы. ТАБЛИЦА I. Примеры несчастных случаев с прогоранием очага в последние годы. 6–8 6. З. Ю. Цао, «Анализ причин выгорания оболочки в печи № 1 в Хангане», Gansu Metall. 39 (3), 12–13 (2017) (на китайском языке) 7. Ю. Тан, З. Х. Хуанг и Ф. К. Гонг, «Краткий анализ аварии на прогорании очага доменной печи № 3 в Цзюгане», Производство чугуна, , 34, (4), 28–32 (2015) (на китайском языке). 8. W.Се, «Анализ и меры по предотвращению возгорания в результате аварии на 2800 м 3 под доменной печи в Тяньтье», Тяньцзинь Металл. 6 , 25–27 (2018) (на китайском языке). Gary .14 ​​
Код доменной печи Объем (м 3 ) Время прожига
Benxi New No. № 1 1080 13 ноября 2016 г.
Jiugang No.3 1780 27 октября 2012 г.
Tianjin Tiantie 2800 5 февраля 2012 г.
Shagang No. 1 2500 20 августа 2010 г.
3200 19 апреля 2009 г.
Arcelor Mittal-Sicatsa No. 1 1 июня 2007 г.

Поскольку внутри очага находится высокотемпературная среда, Толщина футеровки пода не может быть измерена напрямую.Следовательно, необходимы новые методы оценки его эрозионного состояния. Большинство современных коммерческих доменных печей оснащены датчиками, которые измеряют температуру футеровки пода, а также разницу температур охлаждающей воды. Эти измеренные данные могут отражать состояние эрозии внутри очага. Температура футеровки и разница температур охлаждающей воды выше в тех областях, где футеровка более тонкая. Поэтому эти измерения обычно используются для мониторинга доменной печи.

В ранний и средний периоды эксплуатации доменной печи безопасность пода может быть обеспечена путем контроля измерений термопар, расположенных в футеровке. На основании этих данных можно оценить профиль эрозии футеровки. 9–15 9. Дж. Торркулла и Х. Саксен, «Модель состояния пода доменной печи», ISIJ Int. 40 (5), 438–447 (2000). https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.43810. Дж. Браннбака и Х. Саксен, «Модель для быстрого расчета эрозии пода доменной печи и профилей нароста», Ind.Англ. Chem. Res. 47 (20), 7793–7801 (2008). https://doi.org/10.1021/ie800384q11. RM Duarte, I. Ruiz-Bustinza, D. Carrascal, LF Verdeja, J. Mochon и A. Cores, «Мониторинг и контроль износа огнеупора пода для улучшения работы доменной печи», Ironmaking Steelmaking 40 (5), 350 –359 (2013). https://doi.org/10.1179/1743281212y.000000004512. Л. Дж. Ву, Х. И. Ченг, Ю. Су и Х. Д. Фен, «Математическая модель для оперативного прогнозирования дна и пода доменной печи с помощью метода граничных элементов конкретного решения», Прил.Therm. Англ. 23 (16), 2079–2087 (2003). https://doi.org/10.1016/s1359-4311(03)00184-413. Кумар С. Анализ теплопередачи и оценка износа огнеупоров в поде чугунной доменной печи с использованием метода конечных элементов // ISIJ Int. 45 (8), 1122–1128 (2005). https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.112214. Загария М., Димастроматтео В. и Колла В. Мониторинг эрозии и профиля черепа в поде доменной печи, Сталеплавильное производство, 37 (3), 229–234 (2010).https://doi.org/10.1179/030192309×1259576323700315. М. X. Фен, Р. Чен и Q. Ли, «Разработка модели мониторинга эрозии для пода доменной печи на основе метода движущихся границ», Матер. Res. Инновации 19 , S5-448 – S5-453 (2015). https://doi.org/10.1179/1432891714z.0000000001129 Торркулла и Саксен 9 9. Дж. Торркулла и Х. Саксен, «Модель состояния пода доменной печи», ISIJ Int. 40 (5), 438–447 (2000). https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.438 представила модель для оценки профилей эрозии и очага пода доменной печи, которая была проиллюстрирована и проверена на двух доменных печах в Финляндии. Браннбака и Саксен 10 10. Дж. Браннбака и Х. Саксен, «Модель для быстрого расчета профилей эрозии пода доменной печи и наростов», Ind. Eng. Chem. Res. 47 (20), 7793–7801 (2008). https://doi.org/10.1021/ie800384q оптимизировал процесс решения и предложил модель для быстрого решения профиля эрозии футеровки.Duarte et al. 11 11. RM Duarte, I. Ruiz-Bustinza, D. Carrascal, LF Verdeja, J. Mochon, and A. Cores, «Мониторинг и контроль износа огнеупора пода для улучшения работы доменной печи», Ironmaking Steelmaking 40 , № 5, 350–359 (2013). https://doi.org/10.1179/1743281212y.0000000045 разработал инструмент онлайн-мониторинга для оценки состояния эрозии футеровки пода. Zagaria et al. 14 14. М. Загария, В. Димастроматтео, В.Колла, «Мониторинг эрозии и профиля черепа в поде доменной печи», Сталеплавильное производство, 37 (3), 229–234 (2010). https://doi.org/10.1179/030192309×12595763237003 решил это как проблему оптимизации. Feng et al. 15 15. М. X. Фен, Р. Чен и Q. Ли, «Разработка модели мониторинга эрозии для пода доменной печи на основе метода подвижной границы», Mater. Res. Инновации 19 , S5-448 – S5-453 (2015). https://doi.org/10.1179/1432891714z.0000000001129 предложил метод подвижной границы для поиска границы эрозии футеровки.Их принципы расчета можно резюмировать следующим образом: (1) разработать математическую модель, включающую эрозию, и (2) попытаться изменить профиль эрозии и привести распределение температуры для математической модели в соответствие с реальностью. Данные о температуре от термопар являются основными параметрами, используемыми для обеспечения согласованности. Чем больше термопар используется в футеровке, тем ближе прогнозируемый профиль эрозии к реальности. С другой стороны, если термопар слишком мало, точность расчета не может быть гарантирована.Из-за длительной эксплуатации при высоких температурах некоторые термопары могут выйти из строя в более поздние периоды срока службы доменной печи. Однако в этот период больше вероятность несчастных случаев. Следовательно, необходимо использовать другие вспомогательные методы для обеспечения безопасности доменной печи. Тепловой поток охлаждающей печи является стандартной точкой измерения. Этот поток обычно условно делится на различные уровни риска, чтобы представить безопасное состояние очага. Например, уровни риска теплового потока контролируют стандарт 16 16.Стандарт регулирования интенсивности теплового потока для доменной печи 4 #, Технический отдел чугуна, Департамент металлургического комбината Ханьдань, 2005 г. (на китайском языке). для пода доменной печи № 4 компании HBIS Group Hansteel, как указано в Таблице II. Однако этот стандарт контроля основан на опыте и не имеет научной основы.

ТАБЛИЦА II. Уровни риска теплового потока контролируют стандарт для пода доменной печи № 4 компании HBIS Group Hansteel (кВт / м 2 ).

Экстремальный
Уровень риска Нормальный Предупреждение Опасность Опасность Опасность Опасность Опасность Опасность <8,1 8,1–11,6 11,6–13,9 13,9–17,4> 17,4
Li et al. 17 17.Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток пода доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Int. 22 (5), 382–390 (2015). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9 проанализировал процесс теплопередачи 13 доменных печей. Они пришли к выводу, что различные поды доменных печей не имеют однородного критического теплового потока. Они также обнаружили, что при расчете критического теплового потока следует учитывать такие факторы, как конструкция конструкции, огнеупорные материалы и качество конструкции.Однако рассчитанные ими критические тепловые потоки сильно отличались от исследуемых тепловых потоков, причем некоторые из них были более чем в пять раз больше. Если значение мониторинга будет слишком консервативным, доменная печь отключится преждевременно, что не способствует максимальному использованию преимуществ чугуна. Напротив, если контрольное значение будет слишком большим, это значительно увеличит риск прожога очага. Оба эти условия нежелательны, что было обнаружено в нашей предыдущей работе 18 18.Ю. Ли, Л. Я. Чен и Дж. К. Ма, «Численное исследование взаимосвязи между локализованной депрессивной эрозией футеровки пода коммерческой доменной печи и тепловым потоком охлаждающих стоек», IEEE Access 7 , 60984–60994 (2019) . https://doi.org/10.1109/access.2019.2915915 видно, что локальная депрессивная эрозия футеровки пода существенно влияет на тепловой поток охлаждающих пластин. Однако в исследовании Li et al. Воздействие не учитывалось. 17 17.Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток пода доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Int. 22 (5), 382–390 (2015). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9 Это приведет к более высокому критическому тепловому потоку, что может увеличить риск прогорания очага. Таким образом, необходимо создать научную и разумную систему мониторинга теплового потока.

Основными целями данной статьи являются: (1) предложить чувствительный к риску принцип максимума, который используется для построения расчетных моделей для мониторинга теплового потока, и (2) рассчитать значения мониторинга теплового потока для теплового потока No.3 доменная печь на металлургическом заводе.

II. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ << III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ... IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Эрозия футеровки пода – постепенный и необратимый процесс. Профиль эрозии в более поздний период срока службы доменной печи формируется из профиля эрозии в более ранний и средний периоды. Однако в некоторых случаях, таких как снижение производительности или повышенная охлаждающая способность, горячее железо затвердевает на горячей стороне футеровки и образует слой черепа.Этот сформированный череп часто нестабилен и легко отделяется; поэтому в данном исследовании он не рассматривается.

Подробный процесс расчета показан на рис. 1, который можно разделить на следующие три подпроцесса:
1.

Сбор и организация данных. Сначала соберите структурные параметры пода и исторические данные о температуре, измеренные с помощью термопар. Во-вторых, систематизируйте данные о температуре в хронологическом порядке. Сравнение исторических данных о температуре позволяет нам приблизительно определить места, где может произойти сильная эрозия.Наконец, найдите точное время, когда термопары в этих местах находятся при исторически высоких температурах.

2. Прогноз эрозии. На основании работ. 9–159. Дж. Торркулла и Х. Саксен, «Модель состояния пода доменной печи», ISIJ Int. 40 (5), 438–447 (2000). https://doi.org/10.2355/isijinternational.40.43810. Дж. Браннбака и Х. Саксен, «Модель для быстрого расчета эрозии пода доменной печи и профилей нароста», Ind. Eng. Chem.Res. 47 (20), 7793–7801 (2008). https://doi.org/10.1021/ie800384q11. RM Duarte, I. Ruiz-Bustinza, D. Carrascal, LF Verdeja, J. Mochon и A. Cores, «Мониторинг и контроль износа огнеупора пода для улучшения работы доменной печи», Ironmaking Steelmaking 40 (5), 350 –359 (2013). https://doi.org/10.1179/1743281212y.000000004512. Л. Дж. Ву, Х. И. Ченг, Ю. Су и Х. Д. Фен, «Математическая модель для оперативного прогнозирования дна и пода доменной печи с помощью метода граничных элементов конкретного решения», Прил.Therm. Англ. 23 (16), 2079–2087 (2003). https://doi.org/10.1016/s1359-4311(03)00184-413. Кумар С. Анализ теплопередачи и оценка износа огнеупоров в поде чугунной доменной печи с использованием метода конечных элементов // ISIJ Int. 45 (8), 1122–1128 (2005). https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.112214. Загария М., Димастроматтео В. и Колла В. Мониторинг эрозии и профиля черепа в поде доменной печи, Сталеплавильное производство, 37 (3), 229–234 (2010).https://doi.org/10.1179/030192309×1259576323700315. М. X. Фен, Р. Чен и Q. Ли, «Разработка модели мониторинга эрозии для пода доменной печи на основе метода движущихся границ», Матер. Res. Инновации 19 , S5-448 – S5-453 (2015). https://doi.org/10.1179/1432891714z.0000000001129, спрогнозируйте текущие профили эрозии футеровки пода. Этот процесс и принцип кратко описаны на рис. 1 и гл. III A.
3. Построение вычислительных моделей и расчет значений мониторинга.На основе принципа максимума, чувствительного к риску (Раздел II C) и текущего профиля эрозии, постройте вычислительные модели для проведения численного моделирования. Тепловые потоки соответствующих охлаждающих стоек являются контролируемыми значениями.
В этой статье используется метод конечных элементов (FEM) 19,20 19. Л. Б. Цзян, Дж. Дж. Чжао и Ю. В. Гао, «Механический анализ гибкой кабельной батареи с использованием модели конечных элементов», AIP Adv. 9 (1), 015013 (2019). https: // doi.org / 10.1063 / 1.508219520. J. He и J. L. Zhao, “Конечно-элементное моделирование поверхностного воздействия на волны Рэлея”, AIP Adv. 8 (3), 035006 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5006808 используется для численного моделирования. Трехмерные модели создаются с помощью Solidworks, а процессы теплопередачи решаются в ANSYS.

A. Физические модели

Конструкция пода доменной печи № 3 показана на рис. 2 (а). Футеровка пода выполнена из огнеупорных материалов, включая ультрамикропористый угольный кирпич, микропористый угольный кирпич и керамический стакан.Для строительства очага используются два типа набивной смеси. Один из них – это набивная смесь из угля с высокой теплопроводностью, используемая для заполнения зазоров между охлаждающими пластинами, угольным кирпичом и выравнивающим слоем. Другой – это изолирующая набивная смесь с низкой теплопроводностью, используемая для заполнения зазоров между охлаждающей планкой и кожухом печи. Толщины набивной смеси между охлаждающей планкой и угольным кирпичом, охлаждающей плитой и кожухом печи, и выравнивающее покрытие и угольный кирпич составляют 80 мм, 40 мм и 100 мм соответственно.Толщина выравнивающего слоя составляет 250 мм, имеется 52 трубы охлаждающей воды [полые кружки на рис. 2 (а)] с внутренним диаметром 96 мм. Скорость потока воды в трубах составляет 1 м / с, а средняя температура воды составляет 25 ° C. Толщина охлаждающей планки составляет 160 мм, а толщина кожуха печи – 60 мм. Сплошные кружки на рис. 2 (а) – расположение термопар. В футеровке пода всего 449 термопар, которые распределены по 12 направлениям.Охлаждающие планки на одинаковой высоте называются сегментами, а в области пода имеется четыре сегмента охлаждающих планок. Каждый сегмент имеет 48 охлаждающих стержней, которые равномерно распределены по окружности. Охлаждающие стойки для каждого сегмента расположены поочередно, как показано на рис. 2 (b), и изготовлены из чугуна. В каждой охлаждающей планке есть четыре трубы для охлаждающей воды с внутренним диаметром 48 мм, которые равномерно распределены по ее средней поверхности. Скорость потока воды в трубах – 2.5 м / с, а средняя температура воды 25 ° C. Материалы, используемые в модели, изотропны, а их теплопроводность показана в таблице III. Теплопроводность материалов. 21–23 21. YB Wang, SY Li, H. Jiang и SX Lu, Техническое руководство по каменной кладке доменной печи , под редакцией SY Li (Metallurgical Industry Press, Пекин, Китай, 2006 г.) (на китайском языке) 22. . Ю. Л. Тепловое состояние и идентификация эрозии футеровки пода доменной печи.Докторская диссертация (Школа машиностроения и автоматизации Северо-Восточного университета, Шэньян, Китай, 2009 г.) (на китайском языке) 23. Ма X. Г. «Моделирование и оптимизация термомеханических характеристик сцепления средней и нижней конструкции доменной печи в условиях нагрева и открытия», канд. докторская (Школа машиностроения и автоматизации Северо-Восточного университета, Шэньян, Китай, 2018 г.) (на китайском языке). Охлаждение
Материал λ [Вт / (м 2 K)]
Керамическая чашка 3.0
Ультрамикропористый угольный кирпич 17.0
Углеродный микропористый кирпич 15.0
Углеродная набивная смесь 14.0
Изоляционная набивная смесь 40,0
Выравнивающее покрытие 14,0
Кожух печи 50,0

B.Методы

1. Дифференциальное уравнение теплопроводности

Производство доменного чугуна – это непрерывный производственный процесс. Образующийся горячий чугун непрерывно поступает в под и выходит через выпускное отверстие для чугуна. Таким образом, очаг всегда заполнен расплавленным высокотемпературным чугуном. Благодаря непрерывному производству, колебания внутренней среды очага относительно невелики. Расход и температура воды на входе в стойку также практически не изменились. Кроме того, скорость эрозии футеровки невысока.Следовательно, процесс теплопередачи в поде можно упростить как установившийся процесс. 24–26 24. М. Свартлинг, Б. Сунделин, А. Тиллиандер и П. Г. Йонссон, «Моделирование теплопередачи пода доменной печи», Steel Res. Int. 81 (3), 186–196 (2010). https://doi.org/10.1002/srin.200

525. X. Xu, L. Wu, и Z. Lu, “Критерий оптимизации производительности печи доменной печи”, Int. J. Тепломассообмен

105 , 102–108 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.09.05626. Q. Лю, П. Чжан, С. Ченг, Дж. Ню и Д. Лю, «Теплопередача и термоупругий анализ композитных клепок из меди и стали», Int. J. Тепломассообмен 103 , 341–348 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.05.100 Согласно закону сохранения энергии, 27 27. Р. Фейнман, Р. Лейтон и М. Сэндс, Лекции Фейнмана по физике (Аддисон-Уэсли, США, 1964). энергия, передаваемая в модель в единицу времени, должна быть равна энергии, передаваемой из модели в единицу времени.Трехмерный процесс теплопередачи очага можно описать с помощью прямоугольной системы координат 28,29 28. J. P. Holman, Heat Transfer (Raghothaman Srinivasan, New York, NY, USA, 2010) 29. T. Wenquan, Numerical Heat Transfer (Xi’an Jiao Tong University Press, Сиань, Китай, 2001), стр. 86–98 (на китайском языке). с дифференциальным уравнением теплопроводности
∂∂xλT∂T∂x + ∂∂yλT∂T∂y + ∂∂zλT∂T∂z = 0. (1)

2.Граничные условия

Граничные условия, используемые в модели, можно разделить на три типа:
a.

Указанные температурные условия, применяемые к эрозионной поверхности:

, где T * – заданная температура, установленная на 1150 ° C (температура затвердевания железа, насыщенного углеродом). 22 22. Л. Ю. «Модель термического состояния и выявление эрозии футеровки пода доменной печи», канд. диссертации (Школа машиностроения и автоматизации Северо-Восточного университета, Шэньян, Китай, 2009 г.) (на китайском языке).
б.

Заданные условия поверхности конвекции, применяемые к внутренней поверхности трубы охлаждающей воды и внешней поверхности кожуха печи (закон охлаждения Ньютона):

−λ∂T∂n = hf (TS− TB), (3)
, где λ – теплопроводность твердого тела, контактирующего с жидкостью, h f – коэффициент конвективной теплопередачи на границе, T S – это температура на поверхности модели, а T B – это объемная температура соседней жидкости.Большой поток охлаждающей воды приводит к тому, что разница температур между охлаждающей водой, входящей и выходящей из одной охлаждающей колонны, обычно небольшая. Поэтому средняя температура охлаждающей воды (25 ° C) применяется к модели в качестве граничного условия. Коэффициент конвективной теплоотдачи можно принять по эмпирической формуле 22,30,31 22. Ю. Л. «Модель теплового состояния и выявление эрозии футеровки пода доменной печи», канд. диссертации (Школа машиностроения и автоматизации Северо-Восточного университета, Шэньян, Китай, 2009 г.) (на китайском языке).30. X. Лю, Л. Г. Чен, Х. Фэн и Ф. Р. Сун, «Конструктивное проектирование стены доменной печи на основе теории энтрансии», Appl. Therm. Англ. 100 , 798–804 (2016). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.02.05031. Т. Фу, «Анализ теплопередачи охлаждающего устройства пода доменной печи», M.Sc. Диссертация, Школа машиностроения и автоматизации, Северо-Восточный университет, Шэньян, Китай, 2015 г. (на китайском языке).
hwater = 208,8 + 47,5vwater, (4)
где v water – скорость потока охлаждающей воды в м / с.Скорость потока воды в охлаждающих трубопроводах составляет 2,5 м / с, а коэффициент конвективной теплопередачи рассчитывается как 327,6 Вт / (м 2 K). Скорость потока воды в нижних трубах пода составляет 1,0 м / с, а рассчитанный коэффициент конвективной теплопередачи составляет 256,3 Вт / (м 2 K). Кожух печи находится в среде с естественной конвекцией. Средняя температура воздуха составляет 25 ° C, а коэффициент конвективной теплоотдачи принят равным 10 Вт / (м 2 K). 23 23.Ма X. Г. «Моделирование и оптимизация термомеханических характеристик сцепления средней и нижней конструкции доменной печи в условиях нагрева и открытия», канд. докторская (Школа машиностроения и автоматизации Северо-Восточного университета, Шэньян, Китай, 2018 г.) (на китайском языке).
г. Чрезмерная область вычислений может привести к увеличению вычислительных затрат. Таким образом, за расчетную область берется только часть очага, что приводит к появлению трех граней, которых в действительности не существует.Поскольку эти три поверхности соединены с остальной частью доменной печи, предполагается, что через эти три стороны тепло не передается. Если расчетная область достаточно велика, влияние этих трех поверхностей на тепловой поток клепки будет незначительным. 18 18. Y. Li, LY Chen и JC Ma, «Численное исследование взаимосвязи между локализованной депрессивной эрозией футеровки пода коммерческой доменной печи и тепловым потоком охлаждающих стоек», IEEE Access 7 , 60984 –60994 (2019).https://doi.org/10.1109/access.2019.2915915 Граница адиабаты задается по формуле

3. Тепловой поток охлаждающей стойки

Различия в температуре воды и расходе воды позволяют рассчитать средний тепловой поток охлаждающей стойки. для расчета, где q – средний тепловой поток в Вт / м 2 , N g – количество водяных труб в одной охлаждающей стойке, M s – массовый расход охлаждающей воды в кг / с, C p – удельная теплоемкость воды в Дж / (кг ° C), Δ T – разница температур воды в ° C, и A – площадь охлаждения в м 2 .

C. Чувствительный к риску принцип максимума

Безопасная эксплуатация очага всегда является главным приоритетом. Только исходя из соображений безопасности, имеет смысл обеспечить максимальный срок службы доменной печи. Как правило, безопасность очага связана с остающимся самым тонким участком футеровки. Меньшая остаточная толщина более опасна для работы пода. В то же время, чем ближе тепловой поток к контролируемому значению, тем больше вероятность того, что операция будет отмечена для проверки.Следовательно, значение мониторинга должно быть минимально возможным, чтобы обеспечить раннее предупреждение. Таким образом, для построения модели мониторинга предлагается чувствительный к риску принцип максимума. Ниже приводится серия двумерных симуляций для иллюстрации этого принципа.

Для моделирования выбирается область, соответствующая одной охлаждающей планке, расположенной на боковой стенке пода. Профиль эрозии футеровки и граничные условия показаны на рис. 3 (а). Минимальная остаточная толщина накладки в модели – 450 мм.Необходимо, чтобы оставшаяся толщина футеровки была не менее 300 мм для обеспечения безопасной эксплуатации. 17 17. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток пода доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Int. 22 (5), 382–390 (2015). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(15)30016-9 Следовательно, тепловой поток следует рассчитывать как контрольное значение при минимальной толщине футеровки 300 мм. На основе текущего профиля эрозии построены три расчетные модели, как показано на рис.3 (б). Профиль 1 соответствует Модели 1, Профиль 2 соответствует Модели 2, а Профиль 3 соответствует Модели 3. Модель 1 увеличивает степень максимальной эрозии, как определено на основе базовой модели, Модель 2 увеличивает площадь эрозии на основе Модели 1, и Модель 3 основана на теоретическом методе Li et al. 17 17. Ю. Л. Ли, С. С. Ченг и К. Чен, «Критический тепловой поток пода доменной печи в Китае», J. Iron Steel Res. Int. 22 (5), 382–390 (2015). https: // doi.org / 10.1016 / s1006-706x (15) 30016-9, где внутренняя облицовка имеет одинаковую толщину 300 мм. Каждая из этих расчетных моделей смоделирована, и смоделированные тепловые потоки показаны в Таблице IV. Разница в процентах от базовой модели определяется как где q x – тепловой поток моделей 1, 2 и 3 в кВт / м 2 и q b – тепловой поток базовой модели в кВт / м 2 .

ТАБЛИЦА IV. Смоделированные тепловые потоки охлаждающей стойки.

Модель Тепловой поток (кВт / м 2 ) δ (%)
Базовая модель 22,6 902 1 25,7 13,7
Модель 2 28,8 27,4
Модель 3 39,2 73,5

Flux рассчитано по модели, что самая низкая температура .Следовательно, можно добиться раннего предупреждения, если использовать это значение для мониторинга. Тепловой поток, рассчитанный с использованием Модели 3, является наибольшим и значительно отличается от такового в Модели 1. В целом профиль эрозии футеровки неоднороден, что позволяет предположить, что Модель 3 является крайним случаем. Если для расчета контрольного значения использовать Модель 3, риск прожога значительно возрастет.

При построении моделей расчета значений мониторинга необходимо соблюдать определенные принципы.Толщина футеровки наиболее сильно разрушенной части должна быть уменьшена до заданной толщины, а остальные части остаются без изменений. Это позволяет более эффективно контролировать состояние безопасности очага и снизить риск прожога очага. Таким образом, это принцип максимума с учетом риска.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ … << IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ССЫЛКИ

3 взята доменная печь металлургического завода в качестве примера, чтобы представить подробный процесс расчета значения контроля теплового потока.

A. Текущий профиль эрозии футеровки

Во-первых, необходимо спрогнозировать и оценить состояние эрозии нынешней футеровки пода доменной печи. Анализируя исторические данные о температуре, было обнаружено, что первичная локализованная эрозия находится в положениях термопар T23 и T24, расположенных в 8-й ориентации, с пиком температуры 13 апреля 2013 года.Данные о температуре термопар в 8-й ориентации, измеренные в этот день, показаны в Таблице V, а принципы расчета и результаты кратко представлены ниже.

ТАБЛИЦА V. Измеренные и смоделированные температуры термопар в 8-й ориентации (° C). «…» Означает, что термопара работает некорректно.

9020 902 … 238,38 902 902 902 902 … 902 902 902 1.60 902 902
Код T1 T2 T3 T3 T3 T10 T11 T12 T13 T14
Измерено 245.9 244,5 208,4 375,5 363,8 317,2 500,3 488,4 422,1 331 209,8 372,7 361,7 317,3 501,4 487,3 427,3 330,1 634,8 615,6 438,8
Ошибка (%) 0,28 2,54 0,67 0,75 0,58 0,03 0,22 0,214
Код T15 T16 T17 T18 T19 T20 T21 T22 T23 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 902 T28
Измерено 218.5 151,8 299,1 205,6 398,4 265,5 476 312,8 432,3 296,9 364,714 902 902 902 902 902 902 154,8 303,2 208,5 404,7 271,3 477,9 313,8 444,1 298 369,5 253.3
Ошибка (%) 2,01 1,98 1,37 1,41 1,58 2,18 0,40 902 902 0,40 902 902
Код T29 T30 T31 T32 T33 T34 T35 T36 T37 902 902 902
Измерение 310.5 215,1 276,7 190,2 175,2 246,5 170,8 247,1 172,2 247,1 172,2 1802 902 902 902 902 1802 902 902 902 902 902 214 270,2 188,2 250,8 174,7 244,5 170,1 248,3 172 258,5 178,1 277.2 191,9
Ошибка (%) 0,61 0,51 2,35 1,05 0,29 0,81 0,41 0,49 0,41 0,49 0,32 1,29

Фактическое температурное поле в очаге в данный момент обозначается символом Ом T . Модель численного расчета эрозии пода строится вручную, а температурное поле, моделируемое этой моделью, обозначается символом Ом S .Регулировка профиля эрозии расчетной модели позволяет моделируемому температурному полю Ом S быть близким или согласованным с фактическим температурным полем Ом T . В это время профиль эрозии расчетной модели считается прогнозируемым профилем эрозии пода.

Согласованность моделируемой температуры ( T ) и измеренной температуры (T̃) от термопар в поде используется для определения согласованности между двумя температурными полями ( Ом T и Ом S ).Прогнозируемый профиль эрозии преобразуется для построения вычислительной модели, которая удовлетворяет следующему уравнению:
T1 − T̃1 = 0T2 − T̃2 = 0… Ti − T̃i = 0… Tn − T̃n = 0, (8)
где n – количество термопар в футеровке, T i – смоделированная температура, а T̃i – измеренная температура. Термопары в поде доменной печи № 3 в основном распределены по 12 ориентациям. изображенный на рис.2. Пятнадцать контрольных точек устанавливаются в каждой ориентации на основе положений термопар, как показано на рис. 4, которые соединены плавными кривыми. Затем поверхность создается с использованием этих кривых с помощью лофтинга (функция для создания поверхностей в Solidworks). Различные модели эрозии строятся путем изменения координат этих контрольных точек. Каждая контрольная точка связана с определенной термопарой, поэтому при перемещении они следуют следующим правилам:
1.

Для согласованности с термопарами эти контрольные точки также распределены в 12 ориентациях; каждая контрольная точка может двигаться только в пределах своей ориентации.

2.

Контрольные точки на боковой стенке пода расположены на той же высоте, что и соответствующие термопары; эти точки можно перемещать только по горизонтали.

3.

Контрольные точки на дне пода расположены на том же радиусе, что и соответствующие термопары; эти точки можно перемещать только вертикально.

4.

Если смоделированная температура соответствующих термопар выше, чем измеренная температура, контрольную точку следует переместить внутрь пода; в противном случае его следует переместить наружу.

5.

Начальный шаг перемещения обычно составляет 30–40 мм. По мере уменьшения разницы между моделируемой температурой и измеренной температурой шаг перемещения должен уменьшаться.

Условие, которое полностью удовлетворяет уравнению. (8) в действительности не встречается. Когда смоделированные и измеренные температуры удовлетворяют уравнению. (9) процесс поиска останавливается, и допустимая погрешность, используемая в этом расчете, составляет 3%. Смоделированные данные о температуре показаны в Таблице V.На рис. 4 показан частично прогнозируемый профиль эрозии пода доменной печи №3.
| Ti − T̃i | T̃i × 100% ≤e i = 1,2,…, n. (9)

B. Построение моделей мониторинга

В разделе III A описан метод прогнозирования текущего профиля эрозии футеровки пода. Как и по предварительным оценкам, наиболее сильная локальная эрозия происходит в областях, соответствующих термопарам Т23 и Т24 в 8-й ориентации. Профиль эрозии для этой ориентации показан на рис.5. «x» на рисунке указывает положение контрольных точек. Оставшаяся толщина самой тонкой футеровки – 622 мм. На основе принципа максимума чувствительности к риску строятся расчетные модели с минимальной остаточной толщиной 500 мм, 400 мм, 300 мм и 200 мм. Их профили эрозии в 8-й ориентации также показаны на рис. 5. Позиционное отношение между наиболее сильной локализованной областью эрозии и охлаждающими стержнями показано на рис. 6. Эта область находится на стыке №№.2-15 и 2-16 охлаждающие стойки и близко к охлаждающей стойке № 3-15. Следовательно, необходимо сосредоточить внимание на мониторинге теплового потока на этих трех охлаждающих пластинах.

C. Выбор вычислительной области и построение сетки

Для той же точности вычислений более крупная область вычислений требует больше вычислительных ресурсов. Поэтому выбранная область расчета должна быть как можно меньше. Модели проверки с центральными углами 45,0 °, 52,5 °, 60,0 ° и 67,5 ° строятся с 8-й ориентацией в качестве центральной плоскости, которые используются для оценки влияния расчетной области на результаты.Результаты расчетов показывают, что при изменении центрального угла от 60 ° до 67,5 ° тепловые потоки для трех представляющих интерес охлаждающих стоек изменяются менее чем на 1%, что соответствует требованиям к точности инженерных расчетов. Поэтому для построения модели в следующих расчетах моделирования выбран центральный угол 60 °.

Сетки (также известные как элементы) модели влияют на результаты моделирования. Как правило, большее количество сеток требует более высоких вычислительных затрат. Поэтому количество ячеек должно быть максимально уменьшено.Моделирование выполнено для моделей с номерами ячеек 7,8 × 10 6 , 9,5 × 10 6 , 1,1 × 10 7 , 1,3 × 10 7 , 1,4 × 10 7 и 1,6 × 10 7 . Тепловые потоки охлаждающих стоек №№ 2-15 и 3-15 используются для оценки влияния числа ячеек на результаты расчетов, как показано на рис. 7. Поскольку диаметр водяных труб относительно невелик, Охлаждающие стойки дискретизируются с использованием зашифрованных ячеек. Следует отметить, что с увеличением количества ячеек результаты расчетов имеют тенденцию становиться более стабильными.Когда количество ячеек изменяется с 1,3 × 10 7 до 1,4 × 10 7 , тепловые потоки охлаждающих стоек №№ 2-15 и 3-15 изменяются менее чем на 0,1%, что означает, что модель с 1,3 × 10 7 ячеек (рис. 8) могут удовлетворить требования к точности. Таким образом, эта плотность сетки используется в последующих расчетах. Смоделированное температурное поле показано на рис. 9.

D. Значение мониторинга теплового потока

Моделируется каждая из моделей мониторинга. На рисунках 10 и 11 показано поле теплового потока водопроводных труб №№.2-15 и 3-15 охлаждающих планок, соответственно, когда самая тонкая оставшаяся часть футеровки составляет 300 мм. Тепловой поток вблизи места эрозии значительно выше, чем в других местах. Поскольку тепловой поток, измеренный в практической инженерии, является средним для одного охлаждающего стержня, то же значение извлекается для сравнения. Смоделированные средние тепловые потоки охлаждающих стоек №№ 2-15, 2-16 и 3-15 показаны в Таблице VI.

ТАБЛИЦА VI. Значения контроля теплового потока охлаждающих стоек (кВт / м 2 ).

9020 Средне 9020 Обычное
Самая тонкая толщина (мм) 622 500 400 300 200
300 9020 Обычное 9020 Обычное 9020 Обычное 9020
Уровень риска (I) (II) (III) (IV)
No. 2-15 20,2 22,4 24.7 27,7 31,5
No. 2-16 20,0 22,2 24,5 27,4 31,1
No. 22,1 23,3
Уровень риска связан с самой тонкой оставшейся частью футеровки; по мере уменьшения остаточной толщины футеровки уровень риска возрастает. t l указывает на самую тонкую оставшуюся часть футеровки.Когда t l ≥ 400 мм, топка находится в обычном риске, который обозначается уровнем I; нормальное производство может быть выполнено в это время. Когда 300 ≤ т л 32–35 32. Ф. М. Чжан, «Управление проектированием и эксплуатацией для увеличения срока службы доменных печей», J. Iron Steel Res. Int. 20 (9), 53–60 (2013). https://doi.org/10.1016/s1006-706x(13)60156-933. А. Шинотаке, Х. Оцука, Н. Сасаки и М. Итида, «Срок службы доменной печи, связанный с производительностью», Rev.Металл. 101 (3), 203–209 (2004). https://doi.org/10.1051/metal:200413534. К. X. Цзяо, Дж. Л. Чжан, К. Ф. Хоу, З. Дж. Лю и Г. В. Ван, «Анализ взаимосвязи между производительностью и температурой стенки пода коммерческой доменной печи и прогноз модели», Steel Res. Int. 88 (9), 1600475 (2017). https://doi.org/10.1002/srin.20160047535. Филатов С.В., Курунов И.Ф., Гордон Ю.М., Тихонов Д.Н., Грачев С.Н. Продление агитационного ресурса интенсивно работающей доменной печи // Металлург, 60 (9-10), 905–911 (2017).https://doi.org/10.1007/s11015-017-0384-1 Следует принять меры для снижения скорости развития локализованной депрессивной эрозии и продления срока службы доменной печи. Когда t l t l достигает 200 мм, очаг подвергается значительному риску, который обозначается уровнем IV. В это время необходимо остановить производство и остерегаться возможных несчастных случаев. По соображениям безопасности считается, что система достигает соответствующего уровня риска независимо от того, какой тепловой поток охлаждающей печи достиг контрольного значения в Таблице VI.

Следует отметить, что безопасное значение остаточной толщины футеровки в этой статье основано на опыте, и применимые значения для разных доменных печей могут отличаться. Это связано с качеством строительных материалов, конструктивной структурой, качеством строительства и другими факторами.

IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВверху страницыABSTRACTI. ВВЕДЕНИЕ II. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ … IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ << ЛИТЕРАТУРА

.3 доменная печь чугуноплавильного завода приведена в качестве примера для описания предлагаемого способа контроля состояния безопасности пода доменной печи с использованием теплового потока охлаждающих звеньев. Для безопасной работы необходимо всесторонне учитывать температуру термопар в футеровке печи и тепловой поток охлаждающих стоек для оценки безопасности пода.

НЛМК повышает устойчивость доменного производства

На НЛМК Липецк завершена реконструкция доменной печи №1.4 мощностью 2,1 млн т чугуна в год.

Проект включает экологическую модернизацию печной инфраструктуры. Вся пыль, образующаяся при производстве чугуна, улавливается высокоэффективной системой обеспыливания. Система обеспечивает эффективность очистки 99,9%, что соответствует лучшим доступным технологиям. Новое оборудование также позволит более эффективно очищать доменный газ, чтобы его можно было использовать в качестве вторичного источника энергии.Отфильтрованная пыль будет использоваться в производстве железосодержащих брикетов или возвращаться в доменную печь.

В рамках проекта печь была оборудована новой футеровкой, специальными огнеупорными блоками, которые повысят стойкость внутренней поверхности печи к термическим нагрузкам. Технические решения и современные материалы обеспечат стабильную работу печи на ближайшие 20 лет.

Ожидается, что после капитального ремонта печи выбросы сократятся на 200 т в год.После завершения соответствующей модернизации воздухонагревателей в 2022 году сокращение валовых выбросов составит 7700 т в год.

Инвестиции в капитальный ремонт и модернизацию доменных печей превысили 23 млрд рублей. Во время проекта на объекте будет работать до 3000 человек; Использовано более 16000 т металлоконструкций.

Выход оборудования на проектную мощность ожидается к концу февраля.

О Группе НЛМК

Группа НЛМК – крупнейший производитель стали в России и один из самых эффективных в мире.

Металлопродукция Группы НЛМК используется в различных отраслях промышленности, от строительства и машиностроения до производства энергетического оборудования и морских ветроэнергетических установок.

НЛМК имеет производственные мощности в России, Европе и США. Производственные мощности компании превышают 17 миллионов тонн стали в год.

НЛМК имеет очень конкурентоспособную денежную себестоимость среди мировых производителей и один из самых высоких уровней рентабельности в отрасли.За 12 месяцев 2019 года выручка компании составила 10,6 млрд долларов, EBITDA – 2,6 млрд долларов. Чистый долг / EBITDA составил 0,7х. Компания имеет кредитные рейтинги инвестиционного уровня от S&P, Moody’s, Fitch и RAEX (Эксперт РА).

Обыкновенные акции НЛМК с 20,7% акций в свободном обращении торгуются на Московской фондовой бирже (тикер «НЛМК»), а его глобальные депозитарные акции торгуются на Лондонской фондовой бирже (тикер «NLMK: LI»).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *