ТКМ

9

М - масса продуктов сгорания, кг; T - температура горения топлива, К;

где Qхим - теплота, количество которой определяется теплотворной способностью сжигаемого топлива;

Qфиз - тепло предварительного подогрева газообразного топлива и воздуха перед подачей в печь;

Из формулы видно, что увеличению температуры горения топлива будет способствовать увеличение параметра Qфиз и уменьшение -

∑m C2 M 2 .

1

Реальными путями повышения эффективности использования металлургического топлива являются следующие:

-использование высококалорийного топлива;

-дробление твердого и распыление жидкого топлива;

-предварительный подогрев газообразного топлива и воздуха;

-обогащение воздушного дутья кислородом.

Все устройства для подогрева газообразного топлива и воздуха, подаваемых в металлургическую печь, работают по принципу теплообмена. Внутри них размещена насадка из огнеупорного кирпича, выложенного в клетку, нагрев которой происходит либо за счет тепла, получаемого от дожигания очищенных от пыли отходящих от печи газов, либо за счет теплообмена.

В мартеновских печах (рис.1.4) – это регенераторы, огнеупорная кладка которых нагревается отходящими из печи газами.

Принцип работы рекуператора представлен на рис.1.5. И в том и в другом случае нагрев огнеупорной кладки идет за счет отходящих из печи газов. Для нагрева воздуха, подаваемого в доменную печь, служат кауперы, кладка которых нагревается за счет сжигания доменного газа

(рис. 1.6).

10

Классификация нагревательных устройств и области их применения представлены на рис.1.3.

Типы нагревателей

Рис. 1.3. Виды устройств для нагрева воздуха и газообразного топлива, подаваемых в металлургические печи

Рис. 1.4. Схема пламенной регенеративной печи: 1 - регенератор для нагрева газа; 2 - рабочее пространство печи; 3 - регенератор для нагрева воздуха

11

Рис. 1.5. Принципиальная схема рекуператора

Рис. 1.6. Схема воздухонагревателя (каупера) для доменной печи: 1 - огнеупорная кладка; 2 - газопровод для подачи дожигаемого доменного газа; 3 - нагреваемая кирпичная кладка; 4 - перекрываемый канал, соединенный с дымоходом

12

1.2. Производство чугуна (доменный процесс)

Основные вопросы темы

Химический состав чугунов.

Исходные материалы для производства чугуна (руда, флюс, кокс, агломерат, окатыши).

Устройство и принцип работы доменной печи. Физико-химические процессы (горение топлива, восстановление

железа, шлакование, науглероживание).

Продукты доменной плавки (чугун литейный и передельный, ферросплавы, побочные продукты.)

Технико-экономические показатели работы доменной печи. Пути повышения эффективности работы домны.

Чугун – сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода более 2,14%. Сопутствующими элементами являются кремний, марганец, сера и фосфор (рис.1.7).

Чугун

Рис.1.7. Химический состав чугуна

Процесс получения чугуна из железной руды называют доменным производством. Алгоритм подбора исходных материалов представлен на рис.1.8.

Исходный материал для доменной плавки

Шихта (подается равномерно отдельными порциями)

Рис.1.8. Состав шихты, загружаемой в доменную печь

13

Конструкция доменной печи представлена на рис.1.9.

Рис.1.9. Конструкция доменной печи: 1 - газоотводящий патрубок; 2 - засыпной аппарат; 3 - огнеупорная кладка; 4 - стальной кожух; 5 - охлаждающие трубки; 6 - опоры; 7 - лётка для слива чугуна; 8 - опорное кольцо; 9 - лётка для слива шлака; 10 - кольцевой коллектор для фурм

14

Характеристика доменной печи:

-печь штатного типа;

-работающая по принципу противотока: сверху поступает шихта, снизу поступает нагретый воздух;

-футеровка (огнеупорная кладка)- нейтральная (шамот);

-полезный объем печи V=2000-5000 м3 (в России до 3200 м3).

Процессы, происходящие в доменной печи, могут быть описаны химическими реакциями, представленными на рис.1.10.

Химические реакции доменного процесса

Горение топлива: C+O2→CO2 , CO2+C→2CO

Разложение известняка: CaCO3→CaO+ CO2

Шлакование: mCaO+nSiO2→(CaO)m·(SiO2)n

Восстановление железа: Fe2O3+CO→Fe3O4+ CO2 , Fe3O4+CO→FeO+ CO2 , FeO+CO→Fe+ CO2

Восстановление Mn, Si, P из природных оксидов

Науглероживание железа 3Fe+C→ Fe3C

Насыщение серой и фосфором S(кокс) →S(чугун) P(руда) →P(чугун)

Рис.1.10. Химические реакции доменной плавки (принципиальная схема)

15

Доменное производство включает в себя два основных участка. Это шихтовой двор, где хранятся и компонуются материалы для составления шихты, и собственно доменный цех, принципиальная схема работы которого представлена на рис. 1.11.

Рис.1.11. Схема работы доменного цеха: 1 - дозатор; 2 - расходуемый бункер; 3 - вагонетка; 4 - наклонный подъемник; 5 - засыпной аппарат; 6 - доменная печь; 7 - емкость для приема чугуна; 8 - емкость для слива шлака; 9 - воздухонагреватели; 10 - дымовая труба; 11 - блок очистителей

Продукция доменного производства включает в себя: чугун, ферросплавы и побочные продукты (рис.1.12).

16

Продукты доменной плавки

Рис.1.12. Основные виды продукции доменного производства

Важнейшими показателями оценки эффективности работы доменной печи являются: коэффициент использования полезного объема печи и удельный расход кокса (рис.1.13)

Технико-экономические показатели работы доменной печи

V - полезный объем печи, м3;

P - средняя суточная производительность, т/сутки ;

A - суточный расход кокса, т/сутки.

Рис.1.13. Основные параметры, характеризующие эффективность работы доменной печи

17

Пути повышения эффективности работы доменной печи:

-увеличение полезного объема печи;

-использование агломерата и окатышей;

-повышение давления газа на колошнике;

-обогащение воздушного дутья кислородом;

-использование природного газа в качестве дополнительного то-

плива.

1.3. Производство стали

Основные вопросы темы

Процесс прямого восстановления железа из руды с последующей плавкой на сталь.

Принципиальная схема передела чугуна на сталь (основные этапы: окисление примесей, шлакование, рафинирование, раскисление); понятие спокойной и кипящей стали.

Основные способы получения стали (кислородно-конвертерный, мартеновский, в электропечах). Характеристика каждого из указанных способов:

−исходные материалы;

−принцип работы и устройство печи;

−источники тепловой энергии;

−химические особенности процесса (кислый и основной);

−время плавки и технико-экономические показатели работы сталеплавильных печей; пути интенсификации мартеновской плавки, принцип работы двухваннового мартена.

Разливка стали (в изложницы сверху и снизу, непрерывная разливка); строение стального слитка спокойной и кипящей стали.

Пути повышения качества стального слитка (обработка синтетическими шлаками, вакуумная дегазация; электрошлаковый, вакуумнодуговой, электронно-лучевой, плазменно-дуговой переплавы).

1.3.1.Основные способы производства стали

Сталь - сплав железа с углеродом, содержание которого в сплаве не превышает 2,14%. Сталь, основными компонентами которой являются железо и углерод, носит название углеродистой. Содержание в ней сопутствующих химических элементов (Si, Mn, S, P) не должно превышать определенных значений (рис.1.14).

18

Углеродистая сталь

Рис.1.14. Химический состав углеродистой (нелегированной) стали

В отличие от углеродистой, легированная сталь обладает более высокими механическими свойствами (после термической обработки).

Легирование стали – процесс введения в ее состав химических элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, Ti и др.) с целью придания ей определенных химических и механических свойств.

Способы производства стали представлены на рис.1.15. Основной метод получения стали – передел чугуна на сталь. Лишь незначительный процент всей получаемой стали производят, используя способ прямого восстановления железа из руды.

Способы производства стали

Прямое восстановление Передел чугуна на сталь

железа из руды

Рис.1.15. Структура сталеплавильного производства (принципиальная схема)

В печах шахтного типа, работающих по принципу противотока, происходит восстановление железорудных окатышей до твердого губчатого железа (рис.1.16). Восстановителями являются водород и окись углерода – продукты конверсии природного и доменного газа. На рис.1.17 представлен алгоритм данного технологического процесса.