Изучение устройства и принципа работы доменной печи и вагранки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ФАКУЛЬТЕТ «ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА»

КАФЕДРА «МАШИНЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ - ОСНОВЫ МЕХАНИКИ»

Лабораторная работа №1

По курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

«Изучение устройства и принципа работы доменной печи и вагранки»

Цель работы: 1. Изучить устройство и принцип работы доменной печи и воздухонагревателя для производствачугуна.

Изучитьустройствоипринципработывагранки.

Краткиетеоретическиесведения:

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.Промышленнаяруда-горнаяпорода,изкоторойцелесообразноизвлекатьметаллыиихсоединения(содержаниеметаллаврудедолжнобытьнеменее30…60%дляжелеза,3..5%длямеди,0,005…0,02%длямолибдена).

Рудасостоитизминералов,содержащихметаллилиегосоединения,ипустойпороды.Называютрудупоодномуилинесколькимметаллам,входящимв ихсостав,например:железные,медно-никелевые.

Взависимостиотсодержаниядобываемогоэлементаразличаютрудыбогатыеибедные.Бедныерудыобогащают

– удаляютчастьпустойпороды.

Флюсы-материалы,загружаемыевплавильнуюпечьдляобразованиялегкоплавкогосоединенияспустойпородойрудыиликонцентратомизолойтоплива.Такоесоединениеназываетсяшлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может бытьудален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в егосоставепреобладаюткислотныеоксиды(),иосновным,есливегосоставебольшеосновныхоксидов().Вводят ввиде агломератаиокатышей.

Топливо - в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.Коксполучаютсухойперегонкойпритемпературе10000С(бездоступавоздуха)каменногоуглякоксующихсясортов.В коксе содержится 80…88 %углерода, 8…12 %золы,2…5 % влаги.Куски кокса должныиметьразмеры25…60мм.Этопрочное неспекающееся топливо,служитнетолькогорючим для нагрева,нои химическимреагентомдлявосстановленияжелезаизруды.

Огнеупорныематериалыприменяютдляизготовлениявнутреннегооблицовочногослоя(футеровки)металлургическихпечейиковшейдлярасплавленногометалла.

Ониспособнывыдержатьнагрузкипривысокихтемпературах,противостоятьрезкимизменениямтемпературы,химическомувоздействиюшлакаипечныхгазов.

Похимическимсвойствамогнеупорныематериалыразделяютнагруппы:кислые(кварцевыйпесок,динасовыйкирпич),основные(магнезитовыйкирпич,магнезитохромитовыйкирпич),нейтральные(шамотныйкирпич).

Взаимодействие основных огнеупорных материалов и кислых шлаков, и наоборот, может привести к разрушениюпечи.

Углеродистыйкирпичиблокисодержатдо92%углеродаввидеграфита,обладаютповышеннойогнеупорностью.Применяютсядлякладкилещадидоменныхпечей,электролизныхванндляполученияалюминия,тиглейдляплавкииразливкимедныхсплавов. доменная плавка шлак чугун

Производство чугуна

Чугун - это железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14% углерода. Кроме углерода в нём постоянноприсутствуеткремнийSi(до4%),марганец Mn(до2%),атакжефосфорFисераS.

Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на что расходуется примерно 80-85%чугуна.Чугун -наиболеераспространённыйлитейныйсплав.

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы. Называют руду по одномуилинесколькимметаллам,входящимв ихсостав,например:железные,медно-никелевые.

Взависимостиотсодержаниядобываемогоэлементаразличаютрудыбогатыеибедные.Бедныерудыобогащают

– удаляютчастьпустойпороды.

Основным исходным материалом для получения чугуна являются железные руды. Рудный материал - этоокислы железа, хорошо восстанавливающиеся в условиях доменной плавки. Пустая порода состоит из кварца ипесчаниковспримесьюглин,т.е.являетсякислой(избытокSiO2).

Потипурудногоминераларудыбываютследующихосновныхвидов:

1. Красный железняк. Рудный минерал - гематит, безводная окись железа Fe2O3 (70% Fe). Руда обычносодержит50-60% Fe.Этонаиболеераспространенныйвидрудывовсеммире.

2. Магнитный железняк. Рудный минерал - магнетит, магнитная окись железа Fe3O4 (72,4% Fe), в руде 55-60% Fe.

3. Бурыйжелезняк.Рудныйминерал-водныеокислыжелезаnFe2O3·mH2O(52-66%Fe).Врудеобычносодержится30-50% Fe.

4. Шпатовыйжелезняк.Рудныйминерал-сидерит,карбонатжелезаFeCO3(48,3%Fe),врудеобычно30-40%Fe.

Доменные флюсы необходимы для удаления из доменной печи тугоплавкой пустой породы руды и золытоплива. Сплавляясь с флюсом, они образуют легкоплавкий сплав - доменный шлак; в расплавленном состояниион удаляется из печи через шлаковую летку. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака снеобходимым химическим составом и физическими свойствами, что в значительной мере определяет составчугуна.

Флюсы выбирают в зависимости от пустой породы руды. В отечественных железных рудах пустая порода, какправило, содержит избыток SiO2. Поэтому в качестве флюса используют сильноосновные материалы, главнымобразом

Устройство и работа доменной печи

Доменнаяпечь(рис.1)имеетстальнойкожух,выложенныйогнеупорнымшамотнымкирпичом.Рабочеепространствопечивключаетколошник6,шахту5,распар4,заплечики3,горн1,лещадь15.

Рис.1.Устройстводоменнойпечи

В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихтуподают 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 попадаетв чашу 11, а при опускании большого конуса 13 - в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменнойпечив атмосферу.

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подаютновыепорциишихты,чтобы весьполезныйобъЁмбылзаполнен.

Полезныйобъемпечи-объем,занимаемыйшихтойотлещадидонижнейкромкибольшогоконусазасыпногоаппаратапри егоопускании.

Полезнаявысотадоменнойпечи(Н)достигает35м,аполезныйобъем-2000…5000м3.

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 камерасгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания кгорелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газынагреваютееиудаляютсячерездымовуютрубу.Черезнасадкупропускаетсявоздух,оннагреваетсядотемпературы1000…12000Сипоступаеткфурменномуустройству,аоттудачерезфурмы2-врабочеепространствопечи.Послеохлаждениянасадокнагревателипереключаются.

Горениетоплива.Вблизифурмприродныйгазиуглеродкокса,взаимодействуяскислородомвоздуха,сгорают:

Врезультатегорениявыделяетсябольшоеколичествотеплоты,впечивышеуровняфурмразвиваетсятемпературавыше 20000С.

Продуктысгораниявзаимодействуютсраскаленнымкоксомпореакциям:

Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода является главным восстановителемжелеза из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется,чтоприводит кувеличениюсодержаниявосстановителя.

Горячиегазы,поднимаясь,отдаюттеплотушихтовымматериаламинагреваютих,охлаждаясьдо300…400

0Суколошника.

Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0С начинаетсявосстановлениеоксидовжелеза.

Восстановлениежелезавдоменнойпечи.

ЗакономерностивосстановленияжелезавыявленыакадемикомБайковымА.А.

Восстановлениежелезапроисходитпомерепродвиженияшихтывнизпошахтеиповышениятемпературыотвысшегооксидакнизшему,в несколькостадий:

Температураопределяетхарактерпротеканияхимическихреакций.

Восстановителямиокcидовжелезаявляютсятвердыйуглерод,оксидуглеродаиводород.

Восстановлениетвердымуглеродом(коксом)называетсяпрямымвосстановлением,протекаетвнижнейчастипечи(зонараспара),гдеболеевысокие температуры,пореакции:

Восстановлениегазами(и)называетсякосвеннымвосстановлением,протекаетвверхнейчастипечиприсравнительнонизкихтемпературах,пореакциям:

Засчети восстанавливаютсявсевысшиеоксидыжелеза донизшегои40…60%металлическогожелеза.

Притемпературе1000…11000CвосстановленноеизрудытвЁрдоежелезо,взаимодействуясоксидомуглерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температураплавленияпонижаетсяинауровнераспараизаплечиковжелезорасплавляется(притемпературеоколо13000С).

Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0C восстанавливаются из руды, и серой,содержащейсяв коксе.

В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды,флюсов и золы топлива. Шлаки содержат . Шлак образуется постепенно, егосостав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшейплотности.Составшлаказависитотсоставаприменяемыхшихтовыхматериаловивыплавляемогочугуна.

Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак - каждые 1…1,5 часа черезшлаковуюлетку17(летка-отверстиев кладке,расположенное выше лещади).

Леткуоткрываютбурильноймашиной,затемзакрываютогнеупорноймассой.Сливаютчугунишлаквчугуновозныековшиишлаковозныечаши.

Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочноймашиной,где он затвердеваетввидечушек-слитков массой45кг.

Продукты доменной плавки

Основным продуктом доменной плавки является чугун. Передельный чугун предназначается длядальнейшего передела в сталь. На его долю приходится 90 % общего производства чугуна. Обычно такой чугунсодержит3,8…4,4%углерода,0,3…1,2%кремния,0,2…1%марганца,0,15…0,20%фосфора,0,03…0,07%серы.

Литейныйчугунприменяетсяпослепереплаванамашиностроительныхзаводахдляполученияфасонныхотливок.

Кромечугунавдоменныхпечахвыплавляют:

Ферросплавы-сплавыжелезаскремнием,марганцемидругимиэлементами.Ихприменяютдляраскисленияилегированиястали.

Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, удобрения (стараются получить гранулированный шлак, для этогоеговыливают наструюводы).

Побочнымипродуктамидоменнойплавкиявляютсяшлакидоменныйгаз.Доменныйгазпослеочисткииспользуетсякактопливодлянагревавоздуха,вдуваемогов печь.

Восстановление других элементов

В доменную печь с шихтовыми материалами попадают марганец, кремний, сера и другие элементы в видеразличных химических соединений. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в составчугуна,улучшаяилиухудшаяегосвойства.

Постоянными полезными примесями чугуна являются марганец и кремний, вредными - сера и фосфор.Марганец - постоянная примесь железных руд. При выплавке чугунов с повышенным содержанием марганца вдоменнуюпечьзагружаетсямарганцоваяруда.

Вагранка предназначается для переплавки чушек из передельного чугуна на машиностроительных заводах приотсутствиидоменногопроизводства.Вагранкапредставляетсобойпримернуюкопиюдоменнойпечивуменьшенныхразмерах.Вагранкимогутработатькакнатвёрдом(рис.2,а),такинагазообразномтопливе(рис.2,б).

Рис.2Принципработывагранок

Газовая вагранка - обычная шахтная печь, подвергнутая незначительной реконструкции. Все конструктивныеизмененияпроизводятсявпределахшахтывагранки,чтодаетвозможностьсмаксимальнойунификациейосуществить перевод нагазвагранкилюбой производительности при незначительных капитальных затратах ибездополнительныхплощадей.

Контрольныевопросы:

1. Какиевидырудвызнаете?

2. Какиерудыназываютсябедными,какиебогатыми?

3. Методыизвлеченияметаллаизруды.Способыпереработкируд.

4. Изкакихосновныхчастейсостоитдоменнаяпечь?

5. Какие окислительно-восстановительные процессы происходят при доменной плавки железно-марганцовыхруд?

6. Объяснитепринципработыдоменногоцеха.

7. Назначениеипринципработывоздухонагревателя.

8. Кудадеваютсядоменныегазы,выделяющиесявпроцессеработыдоменнойпечи?

9. Можнолиостанавливатьдоменнуюпечьпослекаждогопроцессавыплавкичугуна?

10. Чтоявляетсяпродуктомдоменногопроизводства?

Размещено на Allbest.ru