Конструкции металлургических печей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное общеобразовательное учреждение высшего  профессионального образования

«ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА»

_______ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ______ 
 
 
 
 

Механико-машиностроительный факультет

Кафедра – Металлургия черных металлов 
 
 
 
 

Реферат

по дисциплине: Производство стали

на тему: «Конструкции металлургических печей» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

Студентка гр.10260                                                                        Н.С. Стаханова 

Проверил:

Преподаватель                                                                                 М.А. Платонов

                                                                                      
 
 
 
 
 
 
 
 

Юрга 2009 

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

    1 Конструкция  доменной печи

       1.1  Устройство и работа доменной печи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

    2 Конструкция мартеновских печей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

       2.1 Верхнее строение печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

       2.2 Нижнее строение мартеновской  печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

       2.3 Кладка мартеновской печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

       2.4 Производство стали в мартеновских  печах . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

    3 Конструкция двухванной сталеплавильной  печи . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

       3.1 Устройство работы двухванной печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

    4 Конструкция индукционной печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

       4.1 Плавка стали в индукционных  печах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    5 Конструкция  вакуумной печи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

       5.1 Производство стали в вакуумных  печах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

       5.2 Производство стали в вакуумных  дуговых печах . . . . . . . . . . . . .25

    Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

    Список  использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно-технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.

    Металлы разделяют на несколько групп: черные, цветные и благородные. К группе черных металлов относятся железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным относятся почти все остальные металлы периодической системы Д. И. Менделеева.

    Железо  и его сплавы являются основой  современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические  материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве.

    Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод  придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей.

    Сталями называют сплавы железа  с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь – важнейший конструкционный  материал для машиностроения, транспорта и т. д. 

    Сталеплавильное производство – это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется.

    Сталеплавильный процесс является окислительным  процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна – углерода, кремния, марганца и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы  и получают сталь заданного химического состава.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1 Конструкция доменной печи 

    

1. Устройство  и работа доменной печи

 

    Доменная  печь предназначена для выплавки чугуна из стальных руд и является важнейшим агрегатом чёрной металлургии. Основой технологических действий, протекающих в доменной печи, являются процессы восстановления окислов железа.

    Доменная  печь представляет собой высшую шахту  круглого сечения, опирающуюся на железобетонный фундамент традиционно многогранной формы. Нижняя часть (подошва) фундамента находиться на глубине 6 – 7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупорного бетона.

    Профиль рабочего пространства печи в вертикальном разрезе составляют колошник (верхняя  цилиндрическая часть), шахта (верхняя  конусная часть), распар (широкая цилиндрическая часть), заплечики (нижняя конусная часть) и горн (нижняя цилиндрическая часть).

    Футеровка колошника защищена металлическими кольцами, собранными из частей, от ударного и истирающего деяния кусков шихты, падающих с огромного конуса засыпного  аппарата. Шахту, распар и заплечики  футеруют высококачественным шамотным кирпичом, а горн и лещадь (под печи) – высокоглиноземистым кирпичом либо углеродистыми блоками. Футеровку нижней части шахты, а также распара, заплечиков, горна и лещади охлаждают водяными холодильниками.

    Кладка  шахты заключена в цельносварной  металлической кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, кожух заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами с особыми опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента. Горн также опоясан сварным стальным кожухом.

    Горячее дутье от воздухонагревателей через футерованный воздухопровод поступает в футерованную кольцевую трубу. Из кольцевой трубы воздух направляется в футерованные рукава и через медные водоохлаждаемые фурмы, расположенные в верхней части горна по окружности, поступает в доменную печь. Фурмы вставлены в конические холодильники, которые входят в амбразуры, плотно прилегающие к кожуху печи.

    В нижней части горна на высоте 600 – 1000 мм от лещади расположены одна либо две чугунные летки – каналы для периодического выпуска чугуна и шлака. Шлак отделяют от чугуна в желобе при помощи перевала и перегородки (скимера). В промежутках меж выпусками чугуна отверстие летки забивают огнеупорной массой при помощи специального устройства – электрической поршневой пушки.

    На  высоте 1400 – 1600 мм от металлической летки под неким углом друг к другу расположены две шлаковые летки, через которые выпускают шлак. Шлаковая летка состоит из полой медной водоохлаждаемой фурмы, которая входит в конический медный холодильник, вставленный в металлический холодильник, вставленный в металлический холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрыто особым стопором со металлической пробкой.

    Доменную  печь загружают шихтой сверху через  особый засыпной аппарат. Он состоит  из огромного конуса с воронкой, перекрывающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной воронкой. Таковая конструкция засыпного аппарата дозволяет умеренно распределять материал на окружности колошника и избавляет утраты газов в атмосферу. Загрузку шихты в доменную печь осуществляют послойно.

    Процесс развития доменного производства идет в направлении повышения содержания железа в рудном сырье, понижения  расхода топлива и частичной  замены природным газом (реже мазутом) дефицитного топлива, которым является кокс. Растут также размеры доменных печей. Полезные объемы доменных печей достигают 5000 м³.

    Повышение содержания железа в рудном сырье, ведущее  к уменьшению количества шлака, понижает издержки физического тепла на нагрев и плавление составляющих шлака, приводит к разогреву низа печи и дозволяет понизить расход топлива. Понижение расхода топлива увеличивает в свою очередь экономичность и производительность печи.

    В настоящее время в качестве рудной части шихты употребляют агломерат  – продукт обогащения стальной руды спеканием измельченной руды, стального концентрата, колошниковой пыли и флюсов.

    Очень перспективным является применение окатышей – продукта окомкования и обжига стального концентрата.

    Главным видом топлива в доменной печи является кокс. В качестве дополнительного топлива употребляется природный газ, который подаётся через фурмы.

    Раскаленные газы, получающиеся в области фурм в итоге горения опускающегося  кокса до СО и вдуваемого природного газа до СО и Н₂, продуваются (фильтруются) через столб кусковых материалов под действием напора, создаваемого воздуходувками. Загружаемые через засыпной аппарат рудное сырьё и кокс равномерно нагреваются и теряют воду и летучие. При использовании флюсов и сырых руд происходят также процессы разложения карбонатов. Железорудное сырьё восстанавливается. Высший окисел Fe₂О₃ преобразуется в железо последовательно через промежуточные окислы. Процесс восстановления осуществляется фактически по всей высоте печи, но заканчивается выше уровня фурм до поступления составляющих рудного сырья в зону горения. Восстановителями служат составляющие газа (СО и Н₂), окисляющиеся в процессе восстановления до СО₂ и H₂О.

    Процесс восстановления железа складывается из реакций 

    FeO + CO = Fe + CO₂+C + CO₂ = 2 CO      (1)

    FeO + C = Fe + CO

    таковой процесс просит издержки углерода и поглощает огромное количество (156,64 МДж/моль) тепла.

    При больших температурах, достигаемых  после расплавления и разделения, составляющих рудной части шихты  на сплав и шлак, получают некое  развитие эндотермические процессы прямого восстановления кремния и марганца, а также процесс науглероживания железа. Эти процессы осуществляются при стекании струй чугуна и шлака через слой кокса (коксовую постель), выполняющего роль фильтра, пропускающего расплавы и газы и преграждающего путь ещё не расплавленным либо полурасплавленным кускам рудных материалов.

    Окись углерода, которая появляется по реакциям (1) и представляет собой основную горячую составляющую доменного (колошникового) газа, удаляется из печи с температурой приблизительно 650 К и употребляется в дальнейшем для отопления доменных печей.

    Для отвода газа в куполе печи предусмотрены  четыре боковых восходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов  соединены попарно в два газоотвода, переходящих в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.