Отчет по практике на ПАО ММК им. Ильича

Доменная печь как видно из рис. 5.8. имеет 5 классических участков , 3 из которых представляют цилиндрические участки (колошник, распор и горн) и 2 усечённых конуса (шахта и заплечики).

Основные размеры современных  доменных печей находятся на следующих  пределах: полезная высота 25-30 м; диаметр  распора 7-12 м; диаметр горна 6-11м. Уширение шахты делается для того, чтобы  не заклинивались сырые материалы  при расширении их от нагрева и  разрыхлялись их проёмы.

Сужение заплечиков объясняется появлением жидкой фазы и, следовательно, значительным уменьшением объёма шихты.

Воздух в доменную печь подаётся в верхнюю часть горна в  нагретом  состоянии через целый  ряд отверстий – фурум (14-20по окружности горна).В настоящее время одновременно с воздухом подаётся топливо в  виде природного газа или в пылевидном виде.

Чугун из печи выпускается  через летку, расположенную в  нижней части горна. Шлак выпускается  через шлаковые летки, расположенные  несколько выше чугунных. Нагрев воздуха, подаваемого в доменную печь, осуществляется в специальных воздухонагревателях (кауперах) до температуры 1200-1300^оС. В доменной печи воздух, встречая на пути кокс, вызывает его горение. Температура повышается до 1500-1600^оС. В самом фокусе горения температура находится в пределах 2000-2100^оС. Воздух подается в доменную печь  под давлением, которое зависит от размеров печи и составляет 3-4 атм. Газы движутся кверху печи, преодолевая сопротивление шихты, и проходят к колошнику с давлением 1,5-2,5 атм. К колошнику газ подходит с температурой 250-300^оС, нагревает шихту, при этом начинается восстановление оксидов  железа в шихте. Процессы восстановления идут  с выделением окисляющих газов , в результате чего получается доменный газ. Количество воздуха, вдуваемого в доменную печь. Составляет 1,8-2,2 м³/мин на 1м³ печи. Для подачи воздуха применяются турбовоздуходувки производительностью 3,5-5 тыс. м³/мин при добавлении      3-4,5 атм.

В состав доменного цеха входят: доменная печь с бункерной эстакадой, литейный двор, воздухонагреватели и  системы газоочистки, рудный двор с  рудно-грейферным перегружателем и  вагоноопракидователями, различные  машины и механизмы, склад холодного  чугуна, шлаковый отвал и грануляционные установки, мастерские по ремонту электромеханического оборудования.

Процесс взаимодействия сырых  материалов и газов сложный физико-химический процесс, который в доменной печи приятно называть доменным процессом.

Атмосфера в доменной печи из-за идущих реакций восстановительная, поэтому доменный процесс – это  восстановительный процесс.

Шихта, загружаемая в доменную печь, состоит из агломерата или  окатышей и кокса с возможными добавками флюса-известняка и марганцевой  руды. Её загружают отдельными порциями – калошами. Материалы шихты должны быть хорошо распределены по сечению  и пребывают в печи 4-6 часов. Газы пронизывают толщу шихты в  печи за 1-3 сек. И должны равномерно через неё проходить.  При этом, канальное движение газов не допускается. Шихта содержит гигроскопическую и  гидратную влагу и карбонаты. Гигроскопическая влага в рудах, коксе легко испаряется на колошнике  и для её удаления не требуется  дополнительного тепла. Гидратная  влага в рудах разлогается  при 400-1000^о С и связана с поглащением тепла. Карбонаты (CaCO₃, MgCO₃, FeCO₃, MnCO₃) разлагаются по эндотермическим реакциям при температурах 900^оС и выше по такой общей реакции

            

                                 MeCO₃          MeO+CO₂ – Q

 

Из условий восстановления оксидов  железа, выявленных акад. А.А. Байковым восстановление идёт по следующей схеме (при t > 570^оС)

           Fe₂O₃              Fe₈O₄        FeO      Fe        Fe(C )

                                                                                    Чугун

Восстановителями в доменной печи являются С; СО; Н₂. Восстановление углеродом (С) называется прямым восстановлением, а восстановление газами СО и Н₂ косвенным восстановлением.

Восстановление газами СО и Н₂  идёт практически на всех горизонтах печи, восстановление углеродом кокса ( С ) фактически идёт только при температурах t > 1000^оС.

Реакции восстановления газами имеют  следующий вид:

 

Fe₂O₃+ CO        Fe₃O₄ + CO₂ + Q₁;       Fe₂O₃ + H₂        Fe₃O₄ + H₂O + Q₁

 

      Fe₃O₄ + CO        FeO + CO₂  - Q₂ ;          Fe₃O₄ + H₂        FeO + H₂O + Q₂

      

      FeO + CO          Fe  + CO₂ + Q₃ ;             FeO + H₂           Fe + H₂O + Q₃

 

      Реакции восстановления углеродом  ( С ) кокса имеют следующий вид и идут при температуре t > 1000^оС.

 

Fe₂O₃ + С        Fe₃O₄ + CO – Q₁

 

Fe₃O₄ + С        FeO +  CO  - Q₂

 

FeO + С           Fe + CO – Q₃

---

 

Механизм прямого восстановления может быть представлен следующим  образом . В зоне непосредственного  контакта кусков агломерата и кокса (точка а) идёт реакция Fe + CO – Q₃, но продуктов этой реакции будет очень мало, т.к. ограничена площадь контакта . Но в дальнейшем механизм реакции будет выглядеть следующим образом.

При t >1000^оС происходит процесс газификации кокса (катализатор восстановленное железо) и фактически реакции восстановления идут следующим образом:

С + CO₂ = 2CO – Q (Реакция газификации)

 

FeO + CO = Fe + CO₂ + O₃

  С + CO₂  + FeO + CO = 2CO + Fe + CO₂ – Q₃   (суммарная реакция)

Или

                            С + FeO = Fe + CO – Q₃

 

Итак, в итоге получаем реакцию  прямого восстановления углеродом  кокса, но механизм её оказывается  связан с газовой фазой – облаком  СО, образовавшимся при газификации  кокса (рис. 5.9.б), и имеющим большую  площадь соприкосновения с агломератом.

Сжигание углерода в доменной печи происходит следующим образом:   

С + О₂ = СО₂ (вблизи фурм);

2С + О₂ = 2СО (по удалению от фурм).

В значительной степени аналогично происходит  восстановление и других элементов.

Железо, восстановленное в доменной печи, поглощает (растворяет) углерод  и другие элементы, образуя чугун. Процесс науглероживания железа начинается еще в твёрдом состоянии  по реакции:

  Fe + CO       Fe₃ + CO₂

 и интенсивно завершается   в жидком состоянии (стекая  каплями, отрывает механические  частички кокса), т. е. насыщается  углеродом. 

Итак, образуются механические смеси, твёрдые растворы и химическое соединение углерода с железом. Этот сплав и  получил название – чугун.

Температура плавления наиболее распространённых  по хим. Составу чугунов обычно составляет 1135-1300^оС, а температура чугуна, собирающегося в горне печи обычно составляет1460-1500^оС. Что касается вредных примесей фосфора ( Р ) и серы ( S ), то в процессе доменной плавки они ведут себя следующим образом. Весь имеющийся в шихте фосфор переходит в чугун. Поступившая в доменную печь сера распределяется Механизм прямого восстановления может быть представлен следующим образом . В зоне непосредственного контакта кусков агломерата и кокса (точка а) идёт реакция Fe + CO – Q₃, но продуктов этой реакции будет очень мало, т.к. ограничена площадь контакта . Но в дальнейшем механизм реакции будет выглядеть следующим образом.

При t >1000^оС происходит процесс газификации кокса (катализатор восстановленное железо) и фактически реакции восстановления идут следующим образом:

С + CO₂ = 2CO – Q (Реакция газификации)

 

Итак, в итоге получаем реакцию  прямого восстановления углеродом  кокса, но механизм её оказывается  связан с газовой фазой – облаком  СО, образовавшимся при газификации  кокса (рис. 5.9.б), и имеющим большую  площадь соприкосновения с агломератом.

Сжигание углерода в доменной печи происходит следующим образом:   

В значительной степени аналогично происходит  восстановление и других элементов.

Железо, восстановленное в доменной печи, поглощает (растворяет) углерод  и другие элементы, образуя чугун. Процесс науглероживания железа начинается еще в твёрдом состоянии  по реакции:

 и интенсивно завершается   в жидком состоянии (стекая  каплями, отрывает механические  частички кокса), т. е. насыщается  углеродом. 

Итак, образуются механические смеси, твёрдые растворы и химическое соединение углерода с железом. Этот сплав и  получил название – чугун.

Температура плавления наиболее распространённых  по хим. Составу чугунов обычно составляет 1135-1300^оС, а температура чугуна, собирающегося в горне печи обычно составляет1460-1500^оС. Что касается вредных примесей фосфора ( Р ) и серы ( S ), то в процессе доменной плавки они ведут себя следующим образом. Весь имеющийся в шихте фосфор переходит в чугун. Поступившая в доменную печь  сера распределяется между чугуном, шлаком и газом.

Унос серы  с газами составляет  от 5 до 40 %. В чугуне и шлаке сера находится в виде сульфидов, растворённых в обеих фазах. В чугуне и шлаке  сера находится в виде сульфидов, растворенных в обеих фазах. Удалению серы из чугуна  способствуют известь, содержание  которой повышается  с увеличением основности шлака, снижением его вязкости и повышением температуры.

Одновременно с образованием чугуна идёт образование шлака. Пустая порода железорудной части связывается  с оксидом флюсов, образуя шлак различной основности, определяемой по формуле:

 

  CaO + MgO     > 1

SiO₂ + Al₂O₃

3. Состав доменного  цеха

Доменный цех имеет в своем  составе пять доменных печей, четыре разливочные машины и отделение  десульфурации чугуна в ковшах.

Выплавляемый чугун направляется в сталеплавильные цехи и частично сливается на разливочных машинах  для продажи в виде чушек.

Использование в дутье кислорода  и природного газа, высокотемпературные  воздухонагреватели, автоматическая шихтоподача  с отсевом мелочи агломерата и  кокса перед загрузкой, современные  загрузочные устройства, системы  гидроуборки и эффективной вентиляции подбункерных помещений, механизация  горновых операций позволили обеспечить высокий уровень технологии выплавки чугуна и нормальные условия труда  персонала.

Выплавляемый передельный чугун  имеет низкое содержание вредных  примесей: фосфора и серы, что  позволяет применять его для  выплавки самых ответственных марок  сталей и широко использовать в литейном производстве машиностроительных предприятий. По желанию потребителя содержание серы в чугуне, за счет обработки  на установке десульфурации, может  быть уменьшено до 0.001-0,003%.

Огненно-жидкий шлак из доменного цеха, шлаки сталеплавильного производства, окалина как из прокатных  цехов комбината, так и поступающая  со стороны, полностью перерабатываются и подготавливаются к утилизации в цехе переработки шлаков и отходов  производства, В процессе переработки  шлаков полностью извлекают металлические  включения, сортируют их по крупности  и затем используют в шихте  доменных и сталеплавильных агрегатов.

 

 

 

 

 

 

Продукты доменной плавки.

 

 Продуктами доменной плавки  являются чугун, шлак и доменный  газ, а также колошниковая пыль.

Чугун, выплавляемый в доменной печи, по назначению делится на 3 вида: передельный, литейный, литейный чушковый и доменные ферросплавы.

К группе передельных чугунов относятся: собственно передельные чугуны марок  М1; М2; М3; и Б1; Б2; передельный фосфористый  МФ1, МФ2, МФ3 и передельный высококачественный  ПВК1, ПВК2, ПВК3 на которые имеется  стандарт.

К группе литейных чугунов относятся: литейный чушковый и, в зависимости  от содержания фосфора ему присваивается  буква А – малофосфористый ( < 0,1 Р); Б – обычный (0,1 – 0,3Р); В –  высокофосфористый (0,31 – 0,7Р); Г –  особо высокофосфористый (0,71 – 1,2Р); и в зависимости от содержания кремния делится на следующие  марки: ЛК1; ЛК2; ЛК3; ЛК4; ЛК5; ЛК6; ЛК7 на которые  имеется стандарт.

К группе доменных ферросплавов относятся: ферросилиций Cu 15 и Cu10; ферромарганец Mn5, Mn6, Mn7 и зеркальный чугун 341, 342, 343 на которые существует стандарт.

Шлак в доменном производстве  является побочным продуктом, но сорт и качество чугуна определяется составом шлака. В зависимости от основности, шлаки бывают: основные, нейтральные и кислые.