7. Принцип работы доменной печи. Конструкция механизмов для подготовки горячего дутья.

Доменная печь - это шахтная печь для выплавки чугуна из шихты, соответствующего состава

Воздухонагреватели (“кауперы”), предназначены для нагрева воздуха, подаваемого в доменную печь (горячее дутье под давлением). Каупер представляет собой вертикальный цилиндрический стальной кожух с внутренней «шахматной» насадкой из огнеупорного кирпича.

При работе доменной печи объемом. 3000 м³ ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800 м³, а для доменной печи объемом 5000 м³ около 8000 м³. А так как давление газов на колошнике повышается до 250 кПа, то давление дутья, подаваемого в печь, дости­гает 350-400 кПа.

В настоящее время в качестве дутья широко применяют воздух обогащенный кислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха. Производительность боль­ших блоков по кислороду составляет 35 тыс. м³/ч, но намечено по­строить блоки еще большей производительности. В этих блоках процесс состоит из предварительного сжижения воздуха, который затем подвергается ректификации, т. е. разделению, основанному на различии температур сжижения различных составляющих воз­духа. При разделении необходимо достигать отрицательных темпе­ратур до -200 °С, так как температура кипения воздуха составляет – 192 °С. Такие низкие температуры достигают в результате много­кратного расширения сжатого воздуха и системы теплообменников, в которых происходит передача холода от одной среды к другой. При испарении жидкого воздуха в первую очередь улетучивается смесь газов, богатых азотом (t _кип = -195,8 °С), затем аргоном (t _кип ⁼ -189,4 °С), вследствие чего остаток постепенно обогащается кислородом (t_кип = -183 °С). Полученный на кислородной станции газообразный технический кислород (95-97 % О₂) либо добавляют во входной патрубок воздуходувной машины или же подают к возду­хонагревателям по отдельному кислородопроводу. Предпочтение отдается первому способу

Дутье, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до 1050-1300 °С в воздухонагревателях, называемых кауперами в честь Каупера, который в 1857 г. получил патент на регенератив­ный воздухонагреватель с кирпичной насадкой.

7. Производство металлизованного сырья. Способы прямого восстановления железа.

П ри восстановительном процессе оксид железа в форме окатышей превращается в высокометаллизованный продукт, пригодный для производства электростали, например, в дуговых печах. Восстановительный процесс проводится в шахтной печи, в которой горячий восстановительный газ реагирует в противотоке с рудой, опускающейся под действием силы тяжести. В качестве восстановительного газа используются водород и монооксид углерода (СО), которые образуются из природного газа в газовом конвертере (риформере).

Здесь развиваются в основном следующие химические реакции:

1. Восстановления

Fe₂O₃ + 3H₂ –> Fe + 3H₂O

Fe₂O₃ + 3CO –> 2Fe + CO₂

2. Образование карбида железа

3 Fe + 2CO –> Fe₃C + CO₂

3. Конверсия

CH₄ + H₂O –> CO + 3H₂

CH₄ + CO₂ –> 2CO + 2H₂

Зона восстановления распространяется от уровня фурм, через которые вдувается восстановительный газ, до поверхности движущегося слоя шихты под сводом печи. Горячий восстановительный газ вводится в зону восстановления по кольцевому каналу на уровне фурм через фурменные блоки. Фурменные блоки расположены равномерно по всей окружности печи, они направляют восстановительный газ наклонно вниз в движущийся слой материала. Выше зоны восстановления из печи выходит колошниковый газ через боковой патрубок. Теплоизолированный свод печи выполнен в форме купола.

Зоны восстановления и охлаждения разделены промежуточной зоной. Верхней границей этой зоны является уровень фурм, а нижняя граница определена уровнем каналов для отсоса охлаждающих газов. Внизу этой зоны непосредственно под каналами для отсоса охлаждающего газа расположены верхние постоянно действующие питатели.