Сущность и особенности производства чугуна. Основные пути и направления совершенствования и повышения экономической эффективности технологий подготовительно-обогатительного и металлургического производства

компонентов из твердого состояния в жидкое,  тем  большую  часть  по  высоте

печи занимает вязкая  масса,  заполняющая  пустоты  между  кусками  кокса  и

препятствующая  движению и распределению газов. В связи с этим  температурный

интервал размягчения  шлакообразующих компонентов должен быть по  возможности

меньшим.

   В процессе  шлакообразования различают первичный,  промежуточный и конечный

шлаки. Первичный  шлак  появляется  в  начальной  стадии  шлакообразования  в

результате плавления  легкоплавких соединений. Первичный  шлак, перемещаясь  в

зоны с более  высокими температурами, нагревается, а  химический  состав  его

непрерывно изменяется  в  следствии  восстановления  железа  и  марганца  из

соответствующих оксидов и растворения в шлаке  новых  количеств  CaO  и  MgO,

увеличивающих количество шлака.  Конечный  шлак  образуется  в  горне  после

растворения  в  шлаке  золы  сгоревшего   кокса   и   остатков   извести   и

окончательного  распределения серы между чугуном  и шлаком.

   С   применением   офлюсованного   агломерата   условия   шлакообразования

изменяются. Присутствие  извести в агломерате  обеспечивает  хороший  контакт

шлакообразующих оксидов, по этому их размягчение  при нагреве  и  образование

первичного шлака  протекает в сравнительно не большой  зоне  по  высоте  печи,

от чего значительно  повышается газопроницаемость этой  зоны.  Восстановление

железа из офлюсованного  агломерата протекает интенсивнее  и  равномернее  по

сечению, вследствие чего  в  первичном  шлакообразовании  участвует  меньшее

количество FeO, а  зона начала образования шлака смещается  в  область  более

высоких температур. 
 

                2.5 Методы интенсификации доменного  процесса 
 
 

Некоторые понятия  об интенсификации 
 

   Под интенсификацией  доменного процесса понимают  увеличение  скорости  его

протекания. Мерой  интенсивности  хода  доменной  печи  является  количество

чугуна, получаемое в единицу времени в расчете  на единицу  полезного  объема

доменной  печи.  В  условиях  производства  принято  пользоваться   обратной

величиной  –  полезным  объемом  печи,  затрачиваемым  в  течении  суток  на

выплавку 1 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом  использования

полезного объема  доменной  печи  и  определяется  как  частное  от  деления

полезного объема печи Vпол (м3) на суточную производительность  печи  Т  (т)

чугуна/сут.  Чем  меньше  этот  показатель,  по  абсолютному  значению,  тем

интенсивнее протекает  процесс, интенсивнее ход доменной печи.

   Увеличить  интенсивность хода доменной  печи можно двумя путями:

   1. создание  условий, при которых в горн  доменной печи в  единицу   времени

      можно  подать  большее  количество  дутья,  расходуемого  на  сгорание

      углерода горючего;

   2. создание  условий, обеспечивающих снижение  расхода  кокса  на  единицу

      выплавляемого чугуна, если количество  дутья,  поступающее  в  горн  в

      единицу времени, не снижается  или снижается в меньшей мере, чем расход

      кокса.

   При увеличении  количества дутья, подаваемого  в горн  в  единицу  времени,

соответственно  увеличивается  сгорающее  в   единицу   времени   количество

углерода, а следовательно,  увеличивается  и  производительность  печи.  При

уменьшении относительного расхода горючего  и  неизменном  количестве  дутья

производительность  печи  также  возрастает  вследствие  увеличения   рудной

нагрузки  на  кокс.  Наиболее  высокая   степень   интенсификации   процесса

достигается, когда  одновременно  с  увеличением  количества  дутья  имеется

возможность уменьшить  и относительный расход горючего.

   Увеличение  интенсивности хода  доменной  печи  путем  увеличения  расхода

дутья в единицу  времени предполагает улучшение  газодинамики  процесса.  Это

может  быть  достигнуто  повышением  прочности  агломерата,  отсевом  мелких

фракций и  улучшением  однородности  гранулометрического   состава  шихтовых

материалов,  повышением  давления  газов  в   рабочем   пространстве   печи,

снижением относительного выхода шлака и улучшением его  физических свойств.

   Увеличение  интенсивности хода доменной  печи путем снижения относительного

расхода  кокса  предполагает  уменьшение  тепловых  затрат  на   процесс   и

применение заменителей  кокса в роли теплоносителя и  восстановителя.

   Основными  методами интенсификации доменного  процесса являются:

   1. совершенствование   способов  подготовки  и  улучшение   качества  сырых

      материалов;

   2. высокотемпературный  нагрев дутья;

   3. увлажнение  дутья;

   4. обогащение  дутья кислородом;

   5. вдувание  в горн углеводородосодержащих  добавок;

   6. комбинирование  дутья;

   7. повышение  давления газов в рабочем пространстве  доменной печи.

   Наиболее  важной по своему значению  является подготовка сырья к  плавке. Ни

один из методов  интенсификации доменного процесса, перечисленных в  п.  2  –

7, не может дать  максимального эффекта при плохом  качестве сырья. 
 

Нагрев дутья 
 

   Впервые  нагретое дутье  в  доменном  производстве  применили  в  1829  г.

Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья (150( С), показатели  работы

печи значительно  улучшились: относительный расход горючего уменьшился на  30

%,  производительность  печи  возросла,  появилась   возможность   увеличить

количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного  ниже

полученной экономии. Впоследствии применение более нагретого  дутья  (350  –

400( С) на коксовых  доменных печах позволило уменьшить  относительный  расход

кокса на 25 – 35 %. В  настоящее время дутье нагревают  до 1100 –  1200(  С  и

выше.

   За всю  историю существования доменного  производства ни  одно  мероприятие

не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья.

      [pic] 

Увлажнение дутья 
 

   Естественная  влажность воздуха колеблется  в значительных пределах  как   в

течении суток, так  и по временам года. Колебания  влажности  дутья  вызывают

изменения в тепловом и температурном режиме горна  и в  ходе  восстановления,

что  нередко  приводит  к  расстройствам   хода   печи,   ухудшая   технико-

экономические показатели.

   Устранить   колебания  естественной  влажности   можно   двумя   способами:

осушением дутья  и увлажнением дутья в таких  пределах,  чтобы  влажность  его

была несколько  выше естественной, но постоянной во времени. 
 

Обогащение дутья  кислородом 
 

   При обогащении  дутья кислородом изменяются  следующие показатели:

   1. Уменьшается  расход дутья на единицу сжигаемого  у фурм углерода.

   2. Уменьшается  количество горнового газа на  единицу  сжигаемого  у  фурм

      углерода.

   3. Повышается  концентрация оксида углерода  в горновом газе.

   4. Значительно  возрастает температура в зоне  горения.

   При обогащении  дутья кислородом снижается перепад   давления  газов  между

горном и колошником вследствие уменьшения выхода горнового  газа  на  единицу

сжигаемого углерода и скорости движения газов в столбе шихтовых материалов. 
 

Вдувание в горн природного газа и других добавок  к дутью 
 

   При вдувании  природного газа в количестве 70 – 90 м3 на 1 т чугуна расход

кокса уменьшается  на 10 – 14 %. Экономия кокса при вдувании природного  газа

достигается за счет:

   1. Увеличения  непрямого и уменьшения прямого  восстановления.

   2. Замены  части углерода кокса углерода  природного газа.

   3. Уменьшения  прихода серы в печь, основности  и выхода  шлака  вследствие

      уменьшения расхода кокса, вызываемого  первыми двумя факторами. 
 

Комбинированное дутье 
 

      Комбинированным принято называть  дутье, включающее добавки как  в  виде

окислителей (кислород, пар), так и восстановителей (природный  газ,  коксовый

газ, мазут пылеугольное топливо и др.). Наибольшее распространение  получило

сочетание обогащения дутья кислородом с вдуванием  природного газа.

      Основной положительный эффект  при вдувании природного газа  состоит  в

значительном сокращении расхода кокса, а при обогащении дутья  кислородом  –

в увеличении производительности печи. Но достижение возможного  эффекта  при

вдувании природного  газа  ограничивается  его  отрицательными  сторонами  –

увеличением количества горнового газа с понижением температуры  в  горне,  а

достижение возможного эффекта обогащенного кислородом дутья  ограничивается,

наоборот, чрезмерным повышением температуры в горне. 
 

Повышение давления газа 
 

      Идея работы доменной печи  на повышенном давлении газов  была  выдвинута

с целью улучшения  восстановительной способности  газов. Однако  положительное

действие повышенного  давления проявляется не в  улучшении  восстановительной

способности газов, а в улучшении  газодинамического  режима  доменной  печи,

при котором возможно значительное повышение  производительности  и  снижение

расхода кокса. Повышение  давления  газа  внутри  доменной  печи  достигается

путем пережима струи  газа при помощи специального  дроссельного  устройства,

установленного  в  газопроводе  очищенного  от  пыли   газа.   Положительное

действие повышенного  давления газа заключается  в  том,  что  с  увеличением

давления уменьшается  объем газа и его скорость, вследствие чего  уменьшаются

подъемная сила газа и перепад давления газа между  горном и  колошником.  Это

позволяет  увеличивать  массовое   количество   дутья,   не   превышая   его

критического объема. 

                         6. Продукты доменной плавки