Доменний процес — комплекс процесів, що відбуваються у працюючій доменній печі. Теорія доменного процесу є основою технології доменного виробництва.
На сучасному рівні розвитку чорної металургії (2016 рік) доменний процес є основним процесом одержання заліза з залізних руд, не дивлячись на розпочаті ще в середині 20 століття спроби замінити при відновленні заліза доменний процес іншими процесами. Продуктом доменного процесу є чавун і процес є лише проміжним етапом у двохступеневому процесі отримання кінцевого продукту — сталі. Позадоменні процеси одержання заліза з залізних руд називаються процесами безпосереднього (прямого) одержання заліза.
За даними World Steel Association, у 2014 році доменним процесом у світі було вироблено 1183,451 млн т чавуну (абсолютна більшість якого стала сировиною для виробництва сталі), а конкуруючими з ним процесами безпосереднього (прямого) відновлення — 73,202 млн т безпосередньо відновленого заліза. Про значення доменного процесу говорить зокрема й те, що за 14 років у період між 2000 і 2014 роками світове виробництво чавуну у доменних печах зросло у понад як 2 рази — з 575,87 млн т до 1183,451 млн т відповідно.
Загальний опис процесу
Доменний процес проводиться у доменних печах, що є агрегатами шахтного типу. Процес плавки чавуну безперервний. Зверху, через колошник, в доменну піч завантажують шихтові матеріали (агломерат, обкотиші, кокс, флюси, металодобавки — зварний шлак, окалину, скрап). В доменній печі завантажені шихтові матеріали в результаті протікання фізичних і фізико-хімічних процесів поступово перетворюються на чавун, шлак і доменний газ. В нижню частину печі через фурми вдувають повітря (дуття), нагріте до 1100 — 1300 °C, з додаванням кисню, природного газу, пиловугільного палива або інших добавок. У доменну піч залежно від її об'єму вдувається від 2000 м³ до 10000 м³ повітря на хвилину (2800000 м³ — 14400000 м³ на добу). Наприклад, в доменну піч об'ємом 3800 м³ вдувається повітря 6500 м³/хв. В результаті того, що згорає кокс, в нижній частині печі утворюється газ, який складається з оксиду вуглецю CO, азоту N2 і водню H2. Під дією тиску вдуваємого повітря газ спрямовується вгору, до колошника. Вихідний потік газу нагріває шихтові матеріали, які у міру згорання коксу і проплавлення шихти, що призводить до вивільнення об'єму внизу печі, опускаються. Оксид вуглецю і водень є відновниками, які відновлюють залізо з залізної руди. При певних температурах починається розкладання складних сполук і відновлення заліза з оксидів. Цей процес завершується навуглецюванням відновленого заліза (утворенням чавуну) та його розплавленням (на горизонті низа шахти печі або у верхній частині розпару). Розплав накопичуюється в нижній частині печі, і до нього переходить ті елементи, що частково відновилися: кремній Si, марганець Mn, а також фосфор P, сірка S. Цей розплав — чавун, містить більше 92 % Fe; 3,5-4,6 % С, певну кількість Mn, Si, P та інших елементів. З печі чавун і шлак періодично випускаються через спеціальний отвір (льотку).
Виплавка чавуну — пірометалургійний процес.
Продуктивність доменних печей сягає 2000-13500 т чавуну на добу. Вона залежить, за всіх інших рівних умов, від об'єму печі. Найбільша доменна піч має об'єм 6000 м³ (на Кавн'янському металургійному комбінаті у Південній Кореї). За добу в доменну піч завантажується кілька тисяч тонн шихтових матеріалів.
Історія
Доменне виробництво виникло приблизно у 14 столітті в Західній Європі внаслідок розвитку сиродутного процесу. Техніка і технологія доменного виробництва, починаючи з його виникнення, безперервно удосконалюються під впливом постійно зростаючої потреби в металі й прагнення скоротити витрати на його виробництво. Відповідно розвивалися і методи підготовки до плавки сировини і палива. Основні риси сучасної доменної плавки були сформовані до кінця XIX століття. До того часу в більшості розвинутих країн завершився перехід на мінеральне паливо — кокс, а конструкція доменної печі знайшла форми, принципово не відмінні від нинішніх.
Подальша еволюція доменної плавки йшла шляхом укрупнення агрегатів, підвищення їхньої продуктивності за рахунок інтенсифікації процесів при одночасному зниженні питомої витрати коксу і витрат праці на виробництво одиниці чавуну.
Вивчення доменного процесу
Протягом багатьох століть доменники не мали уяви про процеси, що відбуваються всередині доменної печі. Лише з 2-ї половини 19 століття почалося наукове дослідження доменного процесу. Знання теорії доменного процесу поглиблювалися і розширялися, на основі чого доменний процес вдосконалювався.
Доменний процес вивчається теоретично, шляхом лабораторних експериментів та безпосереднім дослідженням працюючих доменних печей. Іноді з метою вивчення деяких процесів охолоджують азотом експериментальну доменну піч, розбирають пошарово матеріали, що знаходяться в ній, і піддають їх дослідженню. У СРСР у 1960-х роках азотом була охолоджена («заморожена») промислова доменна піч Єнакієвського металургійного заводу об'ємом 426 м³. Такі експерименти проводилися і в інших країнах, зокрема у Швеції і Японії.
Початок процесу
Щойно збудована або капітально відремонтована доменна піч являє собою порожню вертикально розташовану конструкцію, що має характерний внутрішній (профіль). Її пошарово завантажують через верхню частину — колошник — так званою задувною шихтою (має деякі відмінності від звичайної шихти — характеризується підвищеною витратою коксу, забезпечує одержання чавуну з високим вмістом Si, дає кислі шлаки тощо). У повністю завантажену піч через 16-42 фурми (кількість фурм залежить від об'єму печі) задувають нагріте до температури 800 °C дуття (потім температуру поступово підвищують). Від високої температури дуття і наявності в ньому кисню кокс у горні загоряється і починається робота доменної печі. Через деякий час у горну накопичуються рідкі чавун і шлак, які випускають з печі.
Робота печі від задувки (початку роботи) до видувки на капітальний ремонт (кампанія) триває 10-12 років, весь цей час вона заповнена шихтовими матеріалами і продуктами плавки. Доменний процес називається безперервним, однак насправді при потребі доменну піч зупиняють — для проведення планово-запобіжних ремонтів, заміни охолоджувального обладнання тощо. Зупинка полягає у припиненні подачі дуття в піч, при цьому вона залишається заповненою шихтою і її робота може бути відновлена у будь-який момент подачею повітря.
Зони у працюючій доменній печі
У працюючій доменній печі утворюються кілька зон, кожна з яких характеризується певним фізичним станом матеріалів (тверді, розм'яклі, рідкі), хімічним складом і температурою матеріалів і газів, фізико-хімічними процесами, що відбуваються в цих зонах. Ці зони в печі можна виокремити у будь-який момент.
Зона | Опис зони |
---|---|
1. Зона твердих коксу і руди | Кокс і рудні матеріали завдяки відповідній системі завантаження, розташовані окремими шарами. Шаристий характер залягання матеріалів зберігається при їхньому опусканні по всьому об'єму печі аж до зони розм'якшення і плавлення. Згори до низу нараховується від 35 до 45 шарів рудної частини. Товщина шарів становить 0,5-1 м. |
2. Зона розм'якшення і плавлення (зона «злипання», також зона «когезії») | Ця зона має форму у вигляді перевернутої латинської літери «V» (Λ-подібна зона) і складається з шарів коксу і шарів розм'яклих та таких, що розплавляються, пустої породи, флюсу і заліза. Окремі шматки породи злипаються у єдине ціле, між ними зникають прозори, тому газ тут проходить переважно через шари коксу. Утворення саме такої форми зони можливе при проходженні газів у осьовій частині печі. |
3. Зона розпушеного коксу | В цій зоні у твердому стані зберігається лише кокс, а шлак і чавун краплями і окремими струмками стікають між шматками коксу донизу. Через проходження тут великої кількості газу кокс тут більш розпушений порівняно з коксом у осьовій частині печі. Це зона «рухомого коксу», переважно звідси кокс потрапляє у зони горіння. |
4. Зона щільно запакованого коксу | Кокс запакований щільно, він тут малорухомий, через нього проходить менше газу, ніж у зоні розпушеного коксу. |
Фурмена зона (і її складова — зона циркуляції) | Вдуваєме у горно дуття реагує з коксом з виділенням тепла і утворенням урешті-решт відновлювального газу. |
Рудні матеріали і кокс завантажуються у піч окремими шарами. Шари руди і коксу при опусканні вниз зберігаються до тих горизонтів печі, на яких досягається достатньо велика температура для початку розм'якшення і плавлення металу і шлаку і стікання їх. Товщина шарів — 0,5-1 м. Їхня кількість і товщина залежать від розмірів печі і характеру завантаження. Товщина більше у печей з більшими поперечними перерізами. В цій зоні відбувається відновлення заліза, причому у верхній її частині, до рівня температур 1000 °C, відбувається непряме відновлення, у нижній її частині, з температурами вище 1000 °C, розвиваються процеси прямого відновлення.
Зона розм'якшання і плавлення Λ-подібної форми відіграє важливу роль у роботі доменної печі. По-перше, ця зона завдяки тиску газу під нею підтримує розташований вище стовп шихтових матеріалів, по-друге, шари коксу у цій зоні забезпечують радіальне розподілення відновлювальних газів по перетину доменної печі. Шари розм'яклої і частково розплавленої пустої породи є практично непроникними для газового потоку. Внаслідок цього, аби піднятися вгору до колошника, газ має пройти через горизонтальні «коксові щілини» в цій зоні. Основним фізичним процесом у цій зоні є плавлення металу і шлаку за рахунок тепла газу, що рухається вгору. На момент повного розплавлення шлак тут майже не містить заліза. Оксиди заліза, що можуть перебувати у шлаку в цій зоні, повністю відновлюються при його стіканні у горно печі через коксівну насадку.
У зоні розпушеного коксу у твердому стані перебуває лише кокс. Нижні грудки коксу цього шару періодично поступають у зони циркуляції і згорають у струмені дуття. Основним фізико-хімічним процесом тут є процес передачі тепла від потоку газів, що піднімаються, грудкам коксу і краплям чавуну і шлаку. У зоні коксової насадки — найсильніша відновлювальна атмосфера в печі, тут завершуються всі процеси відновлення. Під час проходження чавуну і шлаку через шар коксової насадки завершується процес відновлення, чавун насичується вуглецем. Розпушений і рухливий шар коксу, упакованого не дуже щільно через те, що тут проходить газ між грудками коксу і не дозволяє їм злежатися. Нижні шматки коксу цього шару поступають у зони циркуляції і згорають. Завдяки цьому відбувається опускання сюди нових порцій коксу.
Рух шихтових матеріалів і газів у доменній печі
У працюючій доменній печі матеріали безперервно опускаються, звільняючи об'єм на колошнику для нових порцій. Опускання шихти в доменній печі відбувається завдяки тому, що згоряє кокс, відбувається ущільнення матеріалів і утворення рідких продуктів, які займають менший об'єм. Назустріч ним рухаються гази, що утворилися внизу печі при згоянні коксу біля фурм. При безперервному зустрічному русі шихти (вниз) і газів (угору) відбувається взаємодія шихтових матеріалів і висхідного потоку газів.
Тривалість перебування матеріалів у доменній печі від моменту завантаження на колошник до приходу на рівень фурм становить 6-8 годин. Гази рухаються вгору з великою швидкістю, відстань від фурм до колошника вони проходять за 2-10 секунд. За цей час газ нагріває шихтові матеріали і відновлює оксиди металів. Високі показники плавки можуть бути досягнуті тільки при певному розподілі газового потоку по перетину печі. При цьому велике значення має газопроникність стовпа матеріалів, їх розподіл при русі в доменній печі. Для того, щоб забезпечити необхідний розподіл шихти на колошнику, при якому досягається оптимальний газовий потік по перетину печі, вживають різних заходів. Оскільки основна кількість коксу згоряє у фурменній області на відстані 1,5-1,8 м від стінок печі, то і швидкість опускання шихти біля стінок печі вища, ніж по осі. Швидкість опускання матеріалів біля стінок печі становить 90-140, а в центрі печі 70-120 мм/хв.
Найширше в порівнянні з іншими методами дії на розподіл матеріалів і газів у печі використовується зміна порядку завантаження коксу й агломерату.
Про рівномірність розподілу газового потоку зазвичай судять за температурою і складом газу на колошнику печі.
Рух шихтових матеріалів
Середня швидкість опускання шихти всередині печі становить близько 1 мм на секунду, або 0,06 м на хвилину. Час руху від рівня засипу до рівня фурм — 5-8 годин.
Причинами опускання матеріалів є:
1) Горіння коксу перед фурмами і утворення внаслідок цього вільного простору, в який потрапляє кокс, розташований вище вогнищ горіння. Об'єм коксу становить біля половини загального об'єму завантажуваних у піч матеріалів, 80-85 % його досягає рівня фурм і тут згоряє (інші 15-20 % вуглеця коксу витрачається вище у печі у реакціях відновлення, навуглецювання чавуну, виноситься газами з печі у вигляді пилу тощо).
2) Перехід твердих матеріалів в районі низа шахти печі, у розпарі, в заплечиках у рідкий і частково газоподібний стан, що супроводжується зменшенням об'ємів матеріалів.
3) Періодичний випуск з печі чавуну і шлаку.
Швидкість руху матеріалів у печі не однакова по перетину печі. Найбільша швидкість — над вогнищами горіння коксу, тобто у стінок колошника і деякій відстані від них, у напрямку до центру вона знижується. Якщо використовується краще підготовлена шихта (міцніша, містить мало дріб'язку), то різниця у швидкості опускання стає меншою.
Рух шихти відбувається під дією сили тяжіння шихти, чому частково протидіють сили тертя і підйомна сила газового потоку. Різниця сили тяжіння, що викликає опускання шихти і суми сил, спрямованих догори, прийнято називати <tech> активною вагою </tech> шихти. Перевищення критичного значення перепаду тиску сприяє наближенню аутивної ваги до нуля, при цьому плавний сход шихти порушується, виникають підстої і підвисання шихти.
При підвищенні витрати дуття зростає підйомна сила газів і знижується активна вага шихти. Тому витрата повітря може бути збільшена лише до певного значення. Використання сортованої і міцної шихти, що не містить дріб'язку, покращує газодинамічні умови і дозволяє підвишити кількість дуття.
Внаслідок неоднакової швидкості руху одночасно завантажених на колошник матеріали приходять у горно не одночасно. Таке явище називається випередженням.
Рух газів
У горно печі через фурми вдувається або атмосферного повітря (містить 20,9 % O2, 75 % N2, пару води — 1,5 %), або збагачене киснем повітря (до 30 % O2), а також вуглецевмістні добавки — природний газ, мазут, пиловугільне паливо, коксовий газ. Внаслідок горіння в горну коксу і добавок витрачається весь кисень дуття, крім того розкладається волога на H2 і O2. Кисень вологи також бере участь у процесах горіння. На відстані 1,5 — 2 м від фурм утворюється газ, який складається тільки з CO, H2 і N2. Внаслідок тиску, що утворюється у горну через подачу дуття, газ, що утворився у горну, рухається вгору через стовп шихтових материалів. Під час руху газу крізь стовп матеріалів тиск його безперервно знижується головним чином через тертя газу об стінки каналів, утворених між грудками матеріалів. Повітря вдувається в доменну піч з тиском 2 — 3,5 атм, а колошниковий газ при виході з доменної печі має тиск 1,3 — 1,45 атм. Повітря вдувається у піч зі швидкісттю близько 200 м/с. Час перебування газу в печі становить від 2 секунд на периферії до 10 секунд ближче до осьової її частини, середня швидкість газу, враховуючи що він рухається між грудками шихти у вертикальному й горизонтальному напрямках, становить приблизно 24-40 м/сек. Не дивлячись на нетривале перебування газу в печі, воно є цілком достатнім для використання його відновлювальної роботи й передачі тепла від нього до матеріалів, крізь стовп яких він проходить.
Суттєвий вплив на рух газів в печі здійснюють також властивості і кількість шлаку у нижній частині шахти печі, розпарі і заплечиках. Якщо утворюються густі, в'язкі шлаки, вони будуть склеювати грудки коксу, перешкоджати руху газів і погіршувати їх розподілення по перерізу печі. Чим більше шлаку у зоні шлакоутворення, тим менше вільних проходів для газу поміж грудками коксу, що погіршує газопроникність стовпа шихтових матеріалів. Це може викликати утруднення у сході або навіть припинення опускання — підвисання — шихти у нижній частині печі. Тому покращення властивостей шлаку (зниження в'язкості, підвищення рідкотекучості) і зниження його виходу на одиницю коксу (шляхом якомога більшого видалення пустої породи при підготовці шихти перед завантаженням у піч) імовірність виникнення і розвитку порушень у роботі печі, викликаних поганим шлаком, зменшується.
Певний вплив на розподілення газів по перерізу печі здійснює кількість дуття, швидкість його витоку з фурм і кількість самих газів.
Завантаження шихтових матеріалів
Шихта, яку завантажують у доменну піч, являє собою грудковий матеріал неправильної форми і різних розмірів: кокс 25-40 мм, окатки 10-15 мм, агломерат 50-60 мм, вапняк 50-60 мм. Важливою і доволі важкою задачею є раціональне розподілення шихтових матеріалів на колошнику печі при завантаженні. Матеріали мають бути завантажені таким чином, щоб у нижчих від колошника горизонтах печі відновлювальний доменний газ міг мати контакт з якомога більшою кількістю рудних матеріалів, відновлюючи і нагріваючи їх. Біля стінок і на невеличкій відстані від них завантажують відносно більшу кількість залізорудної частини шихти, переважно великої фракції, бо біля периферії проходить зазвичай більше газу. У центр завантажують відносно більше коксу, що сприяє підвищенню газопроникності центральної частини стовпа шихти.
Завантаження шихтових матеріалів у доменну піч і розподілення їх на колошнику здійснюється засипним апаратом, встановленим на колошнику печі. Матеріали завантажуються у піч періодично певними порціями, які називаються подачами, або колошами. Кожна подача складається з певної кількості коксу, агломерату, окатків, вапняку. Можуть також завантажуватись руда та добавки — зварний шлак, окалина, скрап. Співвідношення матеріалів у подачі розраховується на виплавку певної кількості чавуну наперед заданої якості і марки.
При використанні засипного апарату конусового типу, кожна нова подача набирається на великий конус і при його опусканні зсипається у піч на поверхню раніше опущених матеріалів. При використанні засипного апарату лоткового типу, подача набирається у бункері і потім розподіляється обертовим лотком. За час набору чергової подачі стовп шихти в печі опускається вниз, звільняючи місце для завантаження наступної подачі. Вага матеріалів однієї подачі залежить від об'єму доменної печі і сягає 20 т і більше. У доменну піч подачі опускаються кожні 5-8 хвилин або 8-12 подач на годину.
Розклад плавильних матеріалів в доменній печі
У шихтових матеріалах, що їх завантажують у доменну піч, міститься гігроскопічна (у шпаринах матеріалів) і гідратна (хімічно зв'язана) волога, масса якої становить до кількох відсотків від маси матеріалів, наприклад вапняк містить 1,5 — 2,5 % води, кокс — 1,5 — 5 %. При потраплянні матеріалів на колошник печі з них видаляється волога. Випарювання гігроскопічної вологи починається вже на колошнику за рахунок тепла газів, що виходять з печі і мають температуру 150—350 °C. Гідратна волога видаляється з матеріалів на дещо нижчих горизонтах печі.
Кокс містить близько 1 % летких речовин, що складаються з CO2, CO, H2, CH4, N2. Видалення їх з коксу відбувається при температурах 300—800 °C. Леткі речовини коксу переходять в газ, дещо змінюють кількість і склад доменного газу, однак помітного впливу на його роботу в печі не мають.
Багато зі складових доменної шихти містять вуглекислі солі. Вапняк, що його використовують як флюс, на 96-98 % складається з вуглекислої солі — карбонату кальцію CaCO3. При нагріванні вуглекислі солі розкладаються з виділенням оксиду металу й вуглекислого газу. Розклад вапняку відбувається за формулою:
CaCO3 → CaO + CO 2 — 177,988 МДж.
За такою реакцією розкладаються й інші карбонати. Розклад супроводжується поглинанням великої кількості тепла. Розклад кожної окремої грудки вапняку розтягується по висоті печі бо вапняк опускається разом зі всіма матеріалами — починається розкладання на горизонті з температурою 760 °C й закінчується на нижчих горизонтах з температурою вищою за 1000 °C. Вуглекислий газ CO 2, що виділяється при розкладанні вапняку й інших карбонатів, переходить у газ. Частина газу CO 2, що виділилася при температурах, нижчих від 1000 °C, переходить у газ і виходить з печі разом з ним. Вуглекислий газ, що виділився при температурах 1000 °C й вище, реагує з вуглецем коксу за рівнянням:
CO2 + C → 2CO — 165,797 Мдж.
Від 66 до 75 % CO2, що виділяється при розкладанні вапняку, взаємодіє з вуглецем коксу з утворенням CO, інша вуглекислота переходить у газ без розкладання до CO.
Реакції розкладу карбонатів проходять з поглинанням тепла, що вимагає підвищеної витрати коксу на одиницю чавуну. Крім того, при переході у газ CO2 відновлювальна спроможність газу падає. Тому використання вапняку у доменній печі викликає шкідливі наслідки для доменного процесу. Однак, через те, що вапняк є флюсом, тобто сприяє плавленню пустої породи руди (точніше, цьому сприяє продукт його розкладання — вапно CaO), доводилося довгий час миритися з його використанням. Значно вирішило цю проблему використання в шихті офлюсованого агломерату (він містить CaO). Однак і при його використанні у доменну шихту додається вапняк для офлюсування золи коксу. Крім того, у доменну піч неодмінно вводиться вапняк при використанні у доменному процесі неофлюсованих окатків.
Процеси в горну печі. Теплообмін у печі
У верхній частині горну доменної печі — фурменній зоні — по периметру в піч у спеціальні отвори вставлені від 16 до 42 фурменних прилади. Через фурми фурменних приладів у піч вдувається велика кількість повітря — дуття. З метою економії коксу (дефіцитний матеріал) у піч через фурми вдувають певну кількість часткових замінників коксу — природний газ, мазут, коксовий газ, пиловугільне паливо, відходи пластмас (якщо кожний з цих матеріалів є дешевшим від коксу). Застосування комбінованого дуття, яке включає окислювачі (кисень) і відновники (природний або коксівний газ, мазут), забезпечує економію дорогого коксу й підвищення продуктивності печі. Гаряче дуття бере участь у процесах спалювання вуглецю коксу, вуглеводнів природного газу.
У доменну піч залежно від її об'єму вдувається від 2000 м³ до 10000 м³ повітря на хвилину (2800000 м³ — 14400000 м³ на добу). Струмінь нагрітого до 1100—1300 °С повітря поступає в піч (через кожну фурму) з тиском від 2,3-4 атм і швидкістю 200—300 м /с і володіє великою кінетичною енергією. Під дією потужного струменю дуття шар коксу перед фурмами розпушується, між грудками коксу утворюються великі пустоти. Дуття викликає циркуляцію шматків коксу перед фурмами, який при цьому згоряє. Розпушена зона називається зоною циркуляції. Тут у фокусі горіння досягаються максимальні температури у доменній печі — до 2000 °C і вище. Горіння вуглецю коксу і інших видів палива біля фурм забезпечує необхідні температури в печі і протікання процесів всередині печі. Межі зони циркуляції майже збігаються з межами окислювальної зони (1200—1800 мм), що характеризується наявністю вільного кисню O2 і великих кількостей діоксиду вуглецю СО2.
Горіння вуглецю коксу відбувається за рахунок кисню дуття за реакцією:
С + О2 → СО2 + 404,4 МДж.
У міру віддалення від фурм в умовах високих температур і надлишку вуглецю починає розвиватися реакція:
СО2 + С → 2СО — 165,8МДж.
Сумарна реакція горіння вуглецю коксу йде з утворенням CO. Азот повітря N2 в реакціях горіння не бере участі й повністю переходить в горновий газ. При використанні сухого (осушеного) повітряного дуття горновий газ за межами окислювальної зони містить приблизно 34,7 % СО і 65,3 % N %. Його склад змінюється при збагаченні дуття киснем. Так, наприклад, при збільшенні в дутті вмісту кисню від звичайних 21 % до 30 % газ міститиме 46 % СО і 54 % N2.
Атмосферне повітря завжди містить пари води (близько 1,5 %, або 15 г/м³). Волога повітря неминуче потрапляє в піч разом з дуттям (наприклад, якщо у доменну піч об'ємом 2000 м³ вдувається повітря у кількості 3600-4400 м³/хв, то при вологості 15 г/ м³ в піч щохвилини вноситься 54 — 65 кг води). Можна використовувати штучне зволоження дуття до 3-4 %, яке дозволяє ввести в піч додаткові водень (є відновником) і кисень (бере участь у горінні) у вигляді води H2O, що розлагається при високій температурі в печі на H2 і O2. Волога розкладається вуглецем коксу за реакцією:
Н2О + С → Н2 + СО — 124 МДж
При цьому, чим вища вологість дуття, тим вище необхідно піднімати температуру дуття для компенсації тепла на ендотермічну реакцію розкладання води (на 9 °C при збільшенні кількості вологи на 1 м³ дуття на 1 г).
При вдуванні у піч природного газу в горновому газі збільшується вміст відновлювальних газів Н2 і СО, але при цьому у фурменній зоні знижується температура, оскільки H2O і СО2, що утворюються при згорянні природного газу, надалі розкладаються вуглецем коксу з поглинанням тепла. Горіння природного газу, як і всіх вуглеводнів, відбувається до Н2О і CO2. Вони реагують з розпеченим коксом, віддаючи йому кисень, і кінцевим продуктом згоряння природного газу є монооксид вуглецю і водень:
2CH4 + O2 +3,76N2 → 2CO +4CH2 + 3,76 N2
Середній склад горнового газу на відстані 2 м від фурм має такий склад: 35-45 СО%; 1-12 % Н2; і 45-64 % N2. Відсоткове співвідношення між складовими горнового газу залежать від складу дуття і кількості вуглеводневих добавок до дуття.
Гарячий газ швидко підіймається назустріч шихтовим матеріалам і віддає їм своє тепло, при цьому СО і Н2 витрачаються на відновлення оксидів, перетворюючись в СО2 і H2O. Колошниковий газ, що виходить з печі, має температуру 200—300 °C і містить приблизно 20-30 % СО; 2-8 % Н2; 15-18 % СО2; 0,2-0,5 % СН4 і 45-55 % N2.
Процеси відновлення
Рудна частина рудних матеріалів являє собою оксиди заліза Fe2O3, Fe3O4, FeO. Оксид вуглецю (СО) при проходженні через шар шихти відновлює залізо з рудних оксидів, також відновлення заліза відбувається при контакті руди з розпеченим коксом:
- 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2,
- 2 Fe3O4 + 2 CO → 6 FeO + 2 CO2,
- 6 FeO + 6 CO → 6 Fe + 6 CO2,
- FeO + C → Fe + CO.
Залізо, що утворилося при відновленні руди, знаходиться в твердому стані у вигляді губчатої маси; при контакті з оксидом вуглецю і розпеченим коксом залізо насичується вуглецем з утворенням цементиту (Fe3C):
- 3 Fe + 2 CO → Fe3C + 2 CO2,
- 3 Fe + C → Fe3C.
Внаслідок навуглецювання температура плавлення заліза знижується, воно швидко переходить у рідкий стан і краплями стікає в горн доменної печі. При переміщенні крапель металу відбувається додаткове насичення заліза вуглецем і вміст його в металі збільшується. Таким чином, в доменній печі неможливо одержати залізо без розчиненого в ньому вуглецю, і продуктом доменної плавки завжди є залізовуглецевий сплав — чавун.
Паралельно в доменній печі відбувається відновлення оксидів, що містяться в шихті: марганцю, силіцію, фосфору (за схемою):
- MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO → Mn.
Відновлений марганець переходить в чавун, сприяє хімічному сполученню заліза і вуглецю з утворенням цементиту (Fe3C). Крім того, марганець має більшу спорідненість з сіркою і звільняє чавун від цієї шкідливої домішки:
- FeS + Mn → MnS + Fe.
Утворений в результаті цього сульфід марганцю не розчиняється в залізі і легко переходить у шлак. Пуста порода, зола коксу, флюс обов'язково містять кремнезем (SiO2). Частина кремнезему під час плавки частково відновлюється і переходить в чавун:
- SiO2 + 2 °C → Si + 2 CO.
Наявність в чавуні силіцію перешкоджає утворенню цементиту, але сприяє виділенню вуглецю у вигляді графіту, що дає можливість одержувати чавуни, які добре піддаються механічній обробці. Фосфор (шкідлива домішка), що міститься в деяких рудах, також відновлюється вуглецем в присутності кремнезему і переходить до чавуну:
- P2O5(CaO)4 + 5 °C + 2 SiO2 → 2 P + 2 (CaO)2SiO2 + 5 CO.
Невелика кількість сірки (шкідлива домішка), що міститься в залізній руді і коксі, при плавці вигорає, але основна частина переходить у чавун. Для видалення сірки необхідна висока температура і надлишок вільного вапна, яке зв'язує сірку в нерозчинний в залізі сульфід кальцію (CaS) і переводить її у шлак:
- FeS + CaO + C → Fe + CaS = CO.
Крім описаних процесів в доменній печі відбувається плавлення пустої породи і шлакоутворення. Пуста порода і зола коксу складаються в основному з кремнезему (SiO2) і глинозему (Al2O3), які мають високу температуру плавлення. Зниження температури плавлення і утворення рідкого шлаку досягається введенням в шихту флюсу — вапняку.
Вільні FeO і MnO відновлюються вуглецем до Fe і Mn. До рівня фурм зі шлаку встигають відновитися майже все залізо і значна частина марганцю.
На горизонті фурм у шлак переходить зола коксу, збільшуючи кількість шлаку і змінюючи його склад, збільшуючи в ньому вміст SiO2 і Al2O3
Таким чином, під час руху шлаку від горизонту початку утворення до горну його склад постійно змінюється.
Виділяють три види шлаку — первинний, проміжний, кінцевий. Саме кінцевий шлак випускається з печі, його склад і властивості беруться до уваги при розрахунку шихти.
Склад і властивості шлаку впливають не тільки на роботу доменної печі, але й на склад чавуну.
Температури
Шлаки при випуску з печі мають температуру 1385—1425 °C, чавун — 1345—1365 °C.
На рівні фурм у центрі печі температура становить лише 1350—1400 °C. Гази виходять з печі з температурою 150—350 °C при виплавці переробних чавунів і 500—600 °C при виплавці феросплавів. Якщо припинити завантажувати нові порції матеріалів, то температура газів підвищується. Тому аби уникнутиперегрівання конструкцій колошнику через підвищення температури колошникового газу робота печі з довгими перервами у завантаженні не є припустимою.
Далі газ рухається у центр печі і вгору. Залізо Fe, кремній Si, марганець Mn прямо відновлюються, утворюючи CO. Ця CO приєднується до горнового газу, при цьому його об'єм і вміст у ньому CO збільшуються. До горизонтів з температурою 1000—1100 °C газ перебуває у області прямого відновлення. Далі додається газ від розкладання флюсу. У областях з температурою нижчою 1000 °C відбуваються процеси непрямого відновлення, внаслідок чого у газі з'являються CO2 і H2O, але об'єм газу не збільшується. Далі у газ переходять леткі речовини коксу, однак вони значно не впливають на склад і кількість газу.
Утворення чавуну і шлаку
Утворення чавуну
В нижній частині шахти печі у грудках рудних матеріалів з'являється металічне залізо. Однак, розплавитись воно не може бо чисте залізо має температуру плавлення 1535 °C, що досягається в печі лише у значно нижчих горизонтах. Зерна відновленного заліза починають розчиняти у собі вуглець з утворенням карбіду вже при температурах 400—500 °C, але через твердий стан немає тісного контакту між твердими реагентами. Губчасте відновлене залізо у нижній частині шахти печі і, навіть, у розпарі містить не більше 1 % вуглецю.
Внаслідок розчинення вуглецю у залізі температура плавлення метала знижується — при 2 % вона дорівнює 1382 °C, при 4,3 % — 1130—1135 °C. При опусканні у нижні горизонти печі з більш високими температурами метал переходить у рідкий стан і у вигляді окремих крапель стікає вниз. У рідкому стані залізо активніше реагує з вуглецем коксу з утворенням карбідів і вміст вуглецю в ньому доволі швидко підвищується до 3-4 % на рівні розпару. Далі вміст вуглецю при стіканні крапель чавуну від низу розпару у горно змінюється незначно.
Вміст вуглецю у чавуні залежить від наявності в розплаві інших елементів. Марганець Mn і хром Cr, що утворюють міцні карбіди, що розчиняються у чавуні, збільшують вміст вуглецю у сплаві. Тому якщо у переробному чавуні (до 1-1,75 % Mn) міститься 3,9-4,8 % C, то у дзеркальному чавуні (до 25 % Mn) — 5-5,5 % C і у феромарганці (близько 80 % Mn) — не менше як 7 % С. Кремній Si і фосфор P утворюють з залізомміцніші, ніж карбіди, з'єднання — силіциди і фосфіди. Тому вміст вуглецю у ливарному чавуні з 3,5 % Si знижується до 3,5 %, а у феросиліції з 10 % Si — до 2 %. Вміст вуглецю у фосфористих чавунах (1,5 — 1,6 P) не перевищую 3,2 %.
Утворення шлаку
Пуста порода складається головним чином з кремнезему SiO2, глинозему Al2O3, вапняку CaO магнезії MgO.
Нижче горизонту початку плавлення зерен чавуну у твердому стані знаходиться пуста порода руди, невідновлені оксиди заліза FeO, вапняк і кокс. Опускаючись все нижче, ці матеріали нагріваються до більших температур і на певному рівні — зазвичай на рівні розпару порода і флюс взаємодіють один з одним, розплавляються й утворюють рідкий шлак. Він струменями стікає у горно і накопичується там під шаром рідкого чавуну. Нижче горизонту шлакоутворення у твердому стані перебуває лише кокс, який опускаючись нижче, нагрівається газами до 1500—1600 °C і, приходячи у горно, згоряє у струмені дуття.
Основні складові пустої породи шихти і, відтак, шлаку — вапно CaO, магнезія MgO, глинозем AlO і кремнезем SiO. FeO, MgO і сульфіди металів Ці оксиди у яких би відношеннях не були взяті, не можуть утворювати рухливого шлаку навіть при температурі 1300—1400 °C. Однак, вони взаємодіють з недовідновленими FeO, MnO і MgO, плавляться і течуть при температурі 1200 °C. У первинному шлаку міститься до 20-30 % закису заліза FeO і 5-10 % закису марганцю MnO. При 35-45 % FeO у шлаку, температура плавлення первинного шлаку може знизитись до 1030 °C.
По мірі опускання первинний шлак нагрівається. У ньому все більше розчиняється SiO, AlO, CaO. Цьому сприяє тісний контакт твердих оксидів і шлаку, що стікає по їхній поверхні. Вапно CaO, що розчиняється у шлаку, і магнезія MgO витісняють їх з хімічних сполук закис заліза FeO і марганцю MnO, утворюючи силікати кальцію і магнію.
Приблизний склад доменного шлаку такий: 35 %SiO, 40 % CaO, 10 % MgO, 11 % AlO. Шлаку утворюється від 0,3 до 1 т на 1 т чавуну. Глибоке збагачення руд сприяє завантаженню в піч меншої кількості породи і відтак меншій кількості шлаку.
Знесірчення чавуну
Разом з шихтою в доменну піч вноситься велика кількість сірки. Особливо багато її вноситься коксом. В печі сірка переходить у чавун, шлак і газ. Сірки вноситься стільки, що її кількість у чавуну може скласти 0,9 %, в той час як максимальна припустима кількість його може бути лише 0,015-0,050 %. Сірка є шкідливою домішкою. Потрапивши у чавун, вона далі переходить у сталь, виплавлену з цього чавуну, і викликає у сталі червоноламкість. Тому боротьба з сіркою на етапі підготовки шихтових матеріалів і безпосередньо під час доменного процесу є важливим завданням.
Біля половини сірки коксу переходить у газ ще до приходу коксу на рівень фурм. Інша частина сірки окислюється на фурмах до SO2 і, піднімаючись з газами вгору, відновлюється до S, яка взаємодіє з залізом чавуну і оксидами шлаку, утворюючи FeS, MnS, MgS, CaS. Утворення цих речовин відбувається до розпару печі. Сірка, що не встигла прореагувати, покидає піч з колошниковим газом у вигляді SO2 і H2S.
Сірчане залізо FeS розчинне у чавуні і шлаку. При 1000—1500 °C у чавуні розчиняється 2,5 % FeS. Сірчаний марганець MnS добре розчиняється у шлаку і мало у металі. Сірчаний кальцій CaS і магній MgS добре розчиняються у шлаку і не розчиняються у металі. Тому сірка, що залишається у печі, розподіляється між чавуном і шлаком:
FeS + CaO → FeO + CaS + 2,956 МДж.
Це основна реакція десульфурації (знесірчення) чавуну під час доменного процесу. Вона найінтенсивніше протікає під час проходження крапель чавуну через шар шлаку. Тому шлак має бути осно́вним — містити багато CaO (є основним оксидом). Сіропоглинальна спроможність шлаку залежить від його основності, тобто співвідношення в ньому основних і кислотних оксидів та виражається формулою
При цьому MgO має бути у шлаку 5-20 %.
Методи інтенсифікації доменного процесу
Під інтенсифікацією розуміють методи і прийоми прискорення протікаючих у доменній печі процесів з метою підвищення її продуктивності. До них належать:
- заходи, які направлені на підвищення міцності й якості шихтових матеріалів, у тому числі підвищення основности агломерату, що дозволяє повністю виключити із складу шихти сирий вапняк і понизити витрату коксу;
- підвищення тиску газів у печі. Збільшення продуктивності печі на 5-10 %, зниження витрати коксу на 2-5 % і винесення пилу з газом на 35-50 % можна забезпечити за рахунок збільшення тиску газів у пічному просторі. Для цього спеціальним дросельним пристроєм здійснюється пережим струменя газу на газопроводі відведення доменного газу, що приводить до підвищення тиску газу під колошником до величини 150—250 кПа. При цьому зменшується перепад тиску між низом і верхом печі, зменшується підйомна сила газів і їхній об'єм, збільшується час їхнього перебування в печі. Це, у свою чергу, дозволяє збільшити кількість дуття, що подається в піч, та інтенсифікувати доменну плавку;
- збагачення повітряного дуття киснем від звичайного змісту 21 % до 30-35 % дозволяє збільшити кількість спалюваного в горні коксу і проплавлюваних в одиницю часу матеріалів. Для пониження температури в горні одночасно з киснем вдувають природний газ, який збагачує горновий газ відновниками СО і Н2 і дозволяє на 5-15 % зменшити витрату коксу і підвищити продуктивність доменної печі на 4-7 %;
- підвищення температури повітряного дуття до 1100—1200 С зменшує витрату коксу і кількість шлаку в печі, оскільки в піч поступає більша кількість тепла з дуттям.
Продукти доменної плавки
Основним продуктом доменної плавки є чавун, а побічними — шлак, доменний газ, колошниковий пил. В доменній печі виплавляють переробний чавун, призначений для подальшої переробки на сталь, ливарний чавун, що використовується для отримання чавунних виливків, та спеціальні чавуни (феросплави), що їх використовують для розкиснення у сталеварному виробництві. Для отримання того чи іншого виду чавуну доменний процес має свої певні особливості.
Доменний шлак використовують як сировину при виробництві різних будівельних матеріалів. Більше половини одержуваного шлаку піддають швидкому охолоджуванню водою або повітрям і одержують дрібні тверді зерна — гранули, які використовують у будівництві для виробництва цементу.
Доменний газ, що виходить через верхню частину печі складається із СО, СН4, Н2, СО2 і N2, вміст горючих складових досягає 30 % СО і 2-3 % Н2, теплота згоряння газу після очищення від пилу 3300-3800 кДж/м3. Близько 30-35 % доменного газу використовують у доменному цеху для нагріву насадок повітронагрівачів, а решта газу в коксівних, мартенівських, прокатних і термічних цехах, а також для опалення в котлах теплоелектроцентралі. Вихід доменного газу досягає 4000 м3 на 1 т коксу.
При очищенні колошникового газу уловлюють колошниковий пил і шлами, кількість яких міняється від 10 до 100 г/м3 газу, що містять у вигляді оксидів 40-50 % Fe, 10-12 % С, CaO, MgO, MnO і використовуються як компоненти шихти при виробництві агломерату.
Див. також
Література
- В. П. Мовчан, М. М. Бережний. Основи металургії. Дніпропетровськ: Пороги. 2001. 336 с.
- Г. Г. Ефименко, А. А. Гиммельфарб, В. Е. Левченко. Металлургия чугуна. — К.: Вища школа, 1974. (рос.)
- Maarten Geerdes, Hisko Toxopeus, Cor van der Vliet. Modern Blast Furnace Ironmaking: An Introduction [ 19 квітня 2016 у Wayback Machine.]. — Amsterdam: IOS Press, 2009. P. 9. (англ.)
- J. G. Peacey, W. G. Davenport. The Iron Blast Furnace: Theory and Practice [ 19 квітня 2016 у Wayback Machine.]. — Pergamon Press, 1979. (англ.)
- Вегман Е. Ф. Доменное производство. Справочник. Т.1. М., Металлургия, 1989, 496с. (рос.)
Посилання
- (PDF). Сайт асоціації World Steel Association. 2015. Архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016. Процитовано лютий 2016. (англ.)
- (PDF). Сайт асоціації World Steel Association. 2015. Архів оригіналу (PDF) за 4 березня 2016. Процитовано лютий 2016. (англ.)
- Maarten Geerdes, Hisko Toxopeus, Cor van der Vliet. Modern Blast Furnace Ironmaking: An Introduction [ 19 квітня 2016 у Wayback Machine.]. — Amsterdam: IOS Press, 2009. P. 9, 16. (англ.)
- . Сайт http://www.donga.com. dongA.com. June. 10, 2013. Архів оригіналу за 7 травня 2016. Процитовано квітень 2016. (англ.)
- . Сайт “News World” http://newsworld.co.kr/detail.htm?no=937. 30(Sun), Jun, 2013. Архів оригіналу за 16 квітня 2016. Процитовано квітень 2016. (англ.)
- Liming Lu, editor. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability [ 29 липня 2017 у Wayback Machine.]. — Elsevier Ltd, 2015. P. 508. (англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Domennij proces kompleks procesiv sho vidbuvayutsya u pracyuyuchij domennij pechi Teoriya domennogo procesu ye osnovoyu tehnologiyi domennogo virobnictva Domenna pich Sestao Ispaniya Na suchasnomu rivni rozvitku chornoyi metalurgiyi 2016 rik domennij proces ye osnovnim procesom oderzhannya zaliza z zaliznih rud ne divlyachis na rozpochati she v seredini 20 stolittya sprobi zaminiti pri vidnovlenni zaliza domennij proces inshimi procesami Produktom domennogo procesu ye chavun i proces ye lishe promizhnim etapom u dvohstupenevomu procesi otrimannya kincevogo produktu stali Pozadomenni procesi oderzhannya zaliza z zaliznih rud nazivayutsya procesami bezposerednogo pryamogo oderzhannya zaliza Za danimi World Steel Association u 2014 roci domennim procesom u sviti bulo virobleno 1183 451 mln t chavunu absolyutna bilshist yakogo stala sirovinoyu dlya virobnictva stali a konkuruyuchimi z nim procesami bezposerednogo pryamogo vidnovlennya 73 202 mln t bezposeredno vidnovlenogo zaliza Pro znachennya domennogo procesu govorit zokrema j te sho za 14 rokiv u period mizh 2000 i 2014 rokami svitove virobnictvo chavunu u domennih pechah zroslo u ponad yak 2 razi z 575 87 mln t do 1183 451 mln t vidpovidno Zagalnij opis procesuDomenna pich Domennij proces provoditsya u domennih pechah sho ye agregatami shahtnogo tipu Proces plavki chavunu bezperervnij Zverhu cherez koloshnik v domennu pich zavantazhuyut shihtovi materiali aglomerat obkotishi koks flyusi metalodobavki zvarnij shlak okalinu skrap V domennij pechi zavantazheni shihtovi materiali v rezultati protikannya fizichnih i fiziko himichnih procesiv postupovo peretvoryuyutsya na chavun shlak i domennij gaz V nizhnyu chastinu pechi cherez furmi vduvayut povitrya duttya nagrite do 1100 1300 C z dodavannyam kisnyu prirodnogo gazu pilovugilnogo paliva abo inshih dobavok U domennu pich zalezhno vid yiyi ob yemu vduvayetsya vid 2000 m do 10000 m povitrya na hvilinu 2800000 m 14400000 m na dobu Napriklad v domennu pich ob yemom 3800 m vduvayetsya povitrya 6500 m hv V rezultati togo sho zgoraye koks v nizhnij chastini pechi utvoryuyetsya gaz yakij skladayetsya z oksidu vuglecyu CO azotu N2 i vodnyu H2 Pid diyeyu tisku vduvayemogo povitrya gaz spryamovuyetsya vgoru do koloshnika Vihidnij potik gazu nagrivaye shihtovi materiali yaki u miru zgorannya koksu i proplavlennya shihti sho prizvodit do vivilnennya ob yemu vnizu pechi opuskayutsya Oksid vuglecyu i voden ye vidnovnikami yaki vidnovlyuyut zalizo z zaliznoyi rudi Pri pevnih temperaturah pochinayetsya rozkladannya skladnih spoluk i vidnovlennya zaliza z oksidiv Cej proces zavershuyetsya navuglecyuvannyam vidnovlenogo zaliza utvorennyam chavunu ta jogo rozplavlennyam na gorizonti niza shahti pechi abo u verhnij chastini rozparu Rozplav nakopichuyuyetsya v nizhnij chastini pechi i do nogo perehodit ti elementi sho chastkovo vidnovilisya kremnij Si marganec Mn a takozh fosfor P sirka S Cej rozplav chavun mistit bilshe 92 Fe 3 5 4 6 S pevnu kilkist Mn Si P ta inshih elementiv Z pechi chavun i shlak periodichno vipuskayutsya cherez specialnij otvir lotku Viplavka chavunu pirometalurgijnij proces Produktivnist domennih pechej syagaye 2000 13500 t chavunu na dobu Vona zalezhit za vsih inshih rivnih umov vid ob yemu pechi Najbilsha domenna pich maye ob yem 6000 m na Kavn yanskomu metalurgijnomu kombinati u Pivdennij Koreyi Za dobu v domennu pich zavantazhuyetsya kilka tisyach tonn shihtovih materialiv IstoriyaDokladnishe Istoriya domennogo virobnictva Domenne virobnictvo viniklo priblizno u 14 stolitti v Zahidnij Yevropi vnaslidok rozvitku sirodutnogo procesu Tehnika i tehnologiya domennogo virobnictva pochinayuchi z jogo viniknennya bezperervno udoskonalyuyutsya pid vplivom postijno zrostayuchoyi potrebi v metali j pragnennya skorotiti vitrati na jogo virobnictvo Vidpovidno rozvivalisya i metodi pidgotovki do plavki sirovini i paliva Osnovni risi suchasnoyi domennoyi plavki buli sformovani do kincya XIX stolittya Do togo chasu v bilshosti rozvinutih krayin zavershivsya perehid na mineralne palivo koks a konstrukciya domennoyi pechi znajshla formi principovo ne vidminni vid ninishnih Podalsha evolyuciya domennoyi plavki jshla shlyahom ukrupnennya agregativ pidvishennya yihnoyi produktivnosti za rahunok intensifikaciyi procesiv pri odnochasnomu znizhenni pitomoyi vitrati koksu i vitrat praci na virobnictvo odinici chavunu Vivchennya domennogo procesuProtyagom bagatoh stolit domenniki ne mali uyavi pro procesi sho vidbuvayutsya vseredini domennoyi pechi Lishe z 2 yi polovini 19 stolittya pochalosya naukove doslidzhennya domennogo procesu Znannya teoriyi domennogo procesu pogliblyuvalisya i rozshiryalisya na osnovi chogo domennij proces vdoskonalyuvavsya Domennij proces vivchayetsya teoretichno shlyahom laboratornih eksperimentiv ta bezposerednim doslidzhennyam pracyuyuchih domennih pechej Inodi z metoyu vivchennya deyakih procesiv oholodzhuyut azotom eksperimentalnu domennu pich rozbirayut posharovo materiali sho znahodyatsya v nij i piddayut yih doslidzhennyu U SRSR u 1960 h rokah azotom bula oholodzhena zamorozhena promislova domenna pich Yenakiyevskogo metalurgijnogo zavodu ob yemom 426 m Taki eksperimenti provodilisya i v inshih krayinah zokrema u Shveciyi i Yaponiyi Pochatok procesuShojno zbudovana abo kapitalno vidremontovana domenna pich yavlyaye soboyu porozhnyu vertikalno roztashovanu konstrukciyu sho maye harakternij vnutrishnij profil Yiyi posharovo zavantazhuyut cherez verhnyu chastinu koloshnik tak zvanoyu zaduvnoyu shihtoyu maye deyaki vidminnosti vid zvichajnoyi shihti harakterizuyetsya pidvishenoyu vitratoyu koksu zabezpechuye oderzhannya chavunu z visokim vmistom Si daye kisli shlaki tosho U povnistyu zavantazhenu pich cherez 16 42 furmi kilkist furm zalezhit vid ob yemu pechi zaduvayut nagrite do temperaturi 800 C duttya potim temperaturu postupovo pidvishuyut Vid visokoyi temperaturi duttya i nayavnosti v nomu kisnyu koks u gorni zagoryayetsya i pochinayetsya robota domennoyi pechi Cherez deyakij chas u gornu nakopichuyutsya ridki chavun i shlak yaki vipuskayut z pechi Robota pechi vid zaduvki pochatku roboti do viduvki na kapitalnij remont kampaniya trivaye 10 12 rokiv ves cej chas vona zapovnena shihtovimi materialami i produktami plavki Domennij proces nazivayetsya bezperervnim odnak naspravdi pri potrebi domennu pich zupinyayut dlya provedennya planovo zapobizhnih remontiv zamini oholodzhuvalnogo obladnannya tosho Zupinka polyagaye u pripinenni podachi duttya v pich pri comu vona zalishayetsya zapovnenoyu shihtoyu i yiyi robota mozhe buti vidnovlena u bud yakij moment podacheyu povitrya Zoni u pracyuyuchij domennij pechiU pracyuyuchij domennij pechi utvoryuyutsya kilka zon kozhna z yakih harakterizuyetsya pevnim fizichnim stanom materialiv tverdi rozm yakli ridki himichnim skladom i temperaturoyu materialiv i gaziv fiziko himichnimi procesami sho vidbuvayutsya v cih zonah Ci zoni v pechi mozhna viokremiti u bud yakij moment Struktura stovpu materialiv u pracyuyuchij domennij pechi velikogo ob yemu Za rezultatami doslidzhen oholodzhenih promislovih domennih pechej Zona Opis zoni 1 Zona tverdih koksu i rudi Koks i rudni materiali zavdyaki vidpovidnij sistemi zavantazhennya roztashovani okremimi sharami Sharistij harakter zalyagannya materialiv zberigayetsya pri yihnomu opuskanni po vsomu ob yemu pechi azh do zoni rozm yakshennya i plavlennya Zgori do nizu narahovuyetsya vid 35 do 45 shariv rudnoyi chastini Tovshina shariv stanovit 0 5 1 m 2 Zona rozm yakshennya i plavlennya zona zlipannya takozh zona kogeziyi Cya zona maye formu u viglyadi perevernutoyi latinskoyi literi V L podibna zona i skladayetsya z shariv koksu i shariv rozm yaklih ta takih sho rozplavlyayutsya pustoyi porodi flyusu i zaliza Okremi shmatki porodi zlipayutsya u yedine cile mizh nimi znikayut prozori tomu gaz tut prohodit perevazhno cherez shari koksu Utvorennya same takoyi formi zoni mozhlive pri prohodzhenni gaziv u osovij chastini pechi 3 Zona rozpushenogo koksu V cij zoni u tverdomu stani zberigayetsya lishe koks a shlak i chavun kraplyami i okremimi strumkami stikayut mizh shmatkami koksu donizu Cherez prohodzhennya tut velikoyi kilkosti gazu koks tut bilsh rozpushenij porivnyano z koksom u osovij chastini pechi Ce zona ruhomogo koksu perevazhno zvidsi koks potraplyaye u zoni gorinnya 4 Zona shilno zapakovanogo koksu Koks zapakovanij shilno vin tut maloruhomij cherez nogo prohodit menshe gazu nizh u zoni rozpushenogo koksu Furmena zona i yiyi skladova zona cirkulyaciyi Vduvayeme u gorno duttya reaguye z koksom z vidilennyam tepla i utvorennyam ureshti resht vidnovlyuvalnogo gazu Rudni materiali i koks zavantazhuyutsya u pich okremimi sharami Shari rudi i koksu pri opuskanni vniz zberigayutsya do tih gorizontiv pechi na yakih dosyagayetsya dostatno velika temperatura dlya pochatku rozm yakshennya i plavlennya metalu i shlaku i stikannya yih Tovshina shariv 0 5 1 m Yihnya kilkist i tovshina zalezhat vid rozmiriv pechi i harakteru zavantazhennya Tovshina bilshe u pechej z bilshimi poperechnimi pererizami V cij zoni vidbuvayetsya vidnovlennya zaliza prichomu u verhnij yiyi chastini do rivnya temperatur 1000 C vidbuvayetsya nepryame vidnovlennya u nizhnij yiyi chastini z temperaturami vishe 1000 C rozvivayutsya procesi pryamogo vidnovlennya Zona rozm yakshannya i plavlennya L podibnoyi formi vidigraye vazhlivu rol u roboti domennoyi pechi Po pershe cya zona zavdyaki tisku gazu pid neyu pidtrimuye roztashovanij vishe stovp shihtovih materialiv po druge shari koksu u cij zoni zabezpechuyut radialne rozpodilennya vidnovlyuvalnih gaziv po peretinu domennoyi pechi Shari rozm yakloyi i chastkovo rozplavlenoyi pustoyi porodi ye praktichno neproniknimi dlya gazovogo potoku Vnaslidok cogo abi pidnyatisya vgoru do koloshnika gaz maye projti cherez gorizontalni koksovi shilini v cij zoni Osnovnim fizichnim procesom u cij zoni ye plavlennya metalu i shlaku za rahunok tepla gazu sho ruhayetsya vgoru Na moment povnogo rozplavlennya shlak tut majzhe ne mistit zaliza Oksidi zaliza sho mozhut perebuvati u shlaku v cij zoni povnistyu vidnovlyuyutsya pri jogo stikanni u gorno pechi cherez koksivnu nasadku U zoni rozpushenogo koksu u tverdomu stani perebuvaye lishe koks Nizhni grudki koksu cogo sharu periodichno postupayut u zoni cirkulyaciyi i zgorayut u strumeni duttya Osnovnim fiziko himichnim procesom tut ye proces peredachi tepla vid potoku gaziv sho pidnimayutsya grudkam koksu i kraplyam chavunu i shlaku U zoni koksovoyi nasadki najsilnisha vidnovlyuvalna atmosfera v pechi tut zavershuyutsya vsi procesi vidnovlennya Pid chas prohodzhennya chavunu i shlaku cherez shar koksovoyi nasadki zavershuyetsya proces vidnovlennya chavun nasichuyetsya vuglecem Rozpushenij i ruhlivij shar koksu upakovanogo ne duzhe shilno cherez te sho tut prohodit gaz mizh grudkami koksu i ne dozvolyaye yim zlezhatisya Nizhni shmatki koksu cogo sharu postupayut u zoni cirkulyaciyi i zgorayut Zavdyaki comu vidbuvayetsya opuskannya syudi novih porcij koksu Ruh shihtovih materialiv i gaziv u domennij pechiU pracyuyuchij domennij pechi materiali bezperervno opuskayutsya zvilnyayuchi ob yem na koloshniku dlya novih porcij Opuskannya shihti v domennij pechi vidbuvayetsya zavdyaki tomu sho zgoryaye koks vidbuvayetsya ushilnennya materialiv i utvorennya ridkih produktiv yaki zajmayut menshij ob yem Nazustrich nim ruhayutsya gazi sho utvorilisya vnizu pechi pri zgoyanni koksu bilya furm Pri bezperervnomu zustrichnomu rusi shihti vniz i gaziv ugoru vidbuvayetsya vzayemodiya shihtovih materialiv i vishidnogo potoku gaziv Trivalist perebuvannya materialiv u domennij pechi vid momentu zavantazhennya na koloshnik do prihodu na riven furm stanovit 6 8 godin Gazi ruhayutsya vgoru z velikoyu shvidkistyu vidstan vid furm do koloshnika voni prohodyat za 2 10 sekund Za cej chas gaz nagrivaye shihtovi materiali i vidnovlyuye oksidi metaliv Visoki pokazniki plavki mozhut buti dosyagnuti tilki pri pevnomu rozpodili gazovogo potoku po peretinu pechi Pri comu velike znachennya maye gazoproniknist stovpa materialiv yih rozpodil pri rusi v domennij pechi Dlya togo shob zabezpechiti neobhidnij rozpodil shihti na koloshniku pri yakomu dosyagayetsya optimalnij gazovij potik po peretinu pechi vzhivayut riznih zahodiv Oskilki osnovna kilkist koksu zgoryaye u furmennij oblasti na vidstani 1 5 1 8 m vid stinok pechi to i shvidkist opuskannya shihti bilya stinok pechi visha nizh po osi Shvidkist opuskannya materialiv bilya stinok pechi stanovit 90 140 a v centri pechi 70 120 mm hv Najshirshe v porivnyanni z inshimi metodami diyi na rozpodil materialiv i gaziv u pechi vikoristovuyetsya zmina poryadku zavantazhennya koksu j aglomeratu Pro rivnomirnist rozpodilu gazovogo potoku zazvichaj sudyat za temperaturoyu i skladom gazu na koloshniku pechi Ruh shihtovih materialiv Serednya shvidkist opuskannya shihti vseredini pechi stanovit blizko 1 mm na sekundu abo 0 06 m na hvilinu Chas ruhu vid rivnya zasipu do rivnya furm 5 8 godin Prichinami opuskannya materialiv ye 1 Gorinnya koksu pered furmami i utvorennya vnaslidok cogo vilnogo prostoru v yakij potraplyaye koks roztashovanij vishe vognish gorinnya Ob yem koksu stanovit bilya polovini zagalnogo ob yemu zavantazhuvanih u pich materialiv 80 85 jogo dosyagaye rivnya furm i tut zgoryaye inshi 15 20 vuglecya koksu vitrachayetsya vishe u pechi u reakciyah vidnovlennya navuglecyuvannya chavunu vinositsya gazami z pechi u viglyadi pilu tosho 2 Perehid tverdih materialiv v rajoni niza shahti pechi u rozpari v zaplechikah u ridkij i chastkovo gazopodibnij stan sho suprovodzhuyetsya zmenshennyam ob yemiv materialiv 3 Periodichnij vipusk z pechi chavunu i shlaku Shvidkist ruhu materialiv u pechi ne odnakova po peretinu pechi Najbilsha shvidkist nad vognishami gorinnya koksu tobto u stinok koloshnika i deyakij vidstani vid nih u napryamku do centru vona znizhuyetsya Yaksho vikoristovuyetsya krashe pidgotovlena shihta micnisha mistit malo drib yazku to riznicya u shvidkosti opuskannya staye menshoyu Ruh shihti vidbuvayetsya pid diyeyu sili tyazhinnya shihti chomu chastkovo protidiyut sili tertya i pidjomna sila gazovogo potoku Riznicya sili tyazhinnya sho viklikaye opuskannya shihti i sumi sil spryamovanih dogori prijnyato nazivati lt tech gt aktivnoyu vagoyu lt tech gt shihti Perevishennya kritichnogo znachennya perepadu tisku spriyaye nablizhennyu autivnoyi vagi do nulya pri comu plavnij shod shihti porushuyetsya vinikayut pidstoyi i pidvisannya shihti Pri pidvishenni vitrati duttya zrostaye pidjomna sila gaziv i znizhuyetsya aktivna vaga shihti Tomu vitrata povitrya mozhe buti zbilshena lishe do pevnogo znachennya Vikoristannya sortovanoyi i micnoyi shihti sho ne mistit drib yazku pokrashuye gazodinamichni umovi i dozvolyaye pidvishiti kilkist duttya Vnaslidok neodnakovoyi shvidkosti ruhu odnochasno zavantazhenih na koloshnik materiali prihodyat u gorno ne odnochasno Take yavishe nazivayetsya viperedzhennyam Ruh gaziv U gorno pechi cherez furmi vduvayetsya abo atmosfernogo povitrya mistit 20 9 O2 75 N2 paru vodi 1 5 abo zbagachene kisnem povitrya do 30 O2 a takozh vuglecevmistni dobavki prirodnij gaz mazut pilovugilne palivo koksovij gaz Vnaslidok gorinnya v gornu koksu i dobavok vitrachayetsya ves kisen duttya krim togo rozkladayetsya vologa na H2 i O2 Kisen vologi takozh bere uchast u procesah gorinnya Na vidstani 1 5 2 m vid furm utvoryuyetsya gaz yakij skladayetsya tilki z CO H2 i N2 Vnaslidok tisku sho utvoryuyetsya u gornu cherez podachu duttya gaz sho utvorivsya u gornu ruhayetsya vgoru cherez stovp shihtovih materialiv Pid chas ruhu gazu kriz stovp materialiv tisk jogo bezperervno znizhuyetsya golovnim chinom cherez tertya gazu ob stinki kanaliv utvorenih mizh grudkami materialiv Povitrya vduvayetsya v domennu pich z tiskom 2 3 5 atm a koloshnikovij gaz pri vihodi z domennoyi pechi maye tisk 1 3 1 45 atm Povitrya vduvayetsya u pich zi shvidkisttyu blizko 200 m s Chas perebuvannya gazu v pechi stanovit vid 2 sekund na periferiyi do 10 sekund blizhche do osovoyi yiyi chastini serednya shvidkist gazu vrahovuyuchi sho vin ruhayetsya mizh grudkami shihti u vertikalnomu j gorizontalnomu napryamkah stanovit priblizno 24 40 m sek Ne divlyachis na netrivale perebuvannya gazu v pechi vono ye cilkom dostatnim dlya vikoristannya jogo vidnovlyuvalnoyi roboti j peredachi tepla vid nogo do materialiv kriz stovp yakih vin prohodit Suttyevij vpliv na ruh gaziv v pechi zdijsnyuyut takozh vlastivosti i kilkist shlaku u nizhnij chastini shahti pechi rozpari i zaplechikah Yaksho utvoryuyutsya gusti v yazki shlaki voni budut skleyuvati grudki koksu pereshkodzhati ruhu gaziv i pogirshuvati yih rozpodilennya po pererizu pechi Chim bilshe shlaku u zoni shlakoutvorennya tim menshe vilnih prohodiv dlya gazu pomizh grudkami koksu sho pogirshuye gazoproniknist stovpa shihtovih materialiv Ce mozhe viklikati utrudnennya u shodi abo navit pripinennya opuskannya pidvisannya shihti u nizhnij chastini pechi Tomu pokrashennya vlastivostej shlaku znizhennya v yazkosti pidvishennya ridkotekuchosti i znizhennya jogo vihodu na odinicyu koksu shlyahom yakomoga bilshogo vidalennya pustoyi porodi pri pidgotovci shihti pered zavantazhennyam u pich imovirnist viniknennya i rozvitku porushen u roboti pechi viklikanih poganim shlakom zmenshuyetsya Pevnij vpliv na rozpodilennya gaziv po pererizu pechi zdijsnyuye kilkist duttya shvidkist jogo vitoku z furm i kilkist samih gaziv Zavantazhennya shihtovih materialivShihta yaku zavantazhuyut u domennu pich yavlyaye soboyu grudkovij material nepravilnoyi formi i riznih rozmiriv koks 25 40 mm okatki 10 15 mm aglomerat 50 60 mm vapnyak 50 60 mm Vazhlivoyu i dovoli vazhkoyu zadacheyu ye racionalne rozpodilennya shihtovih materialiv na koloshniku pechi pri zavantazhenni Materiali mayut buti zavantazheni takim chinom shob u nizhchih vid koloshnika gorizontah pechi vidnovlyuvalnij domennij gaz mig mati kontakt z yakomoga bilshoyu kilkistyu rudnih materialiv vidnovlyuyuchi i nagrivayuchi yih Bilya stinok i na nevelichkij vidstani vid nih zavantazhuyut vidnosno bilshu kilkist zalizorudnoyi chastini shihti perevazhno velikoyi frakciyi bo bilya periferiyi prohodit zazvichaj bilshe gazu U centr zavantazhuyut vidnosno bilshe koksu sho spriyaye pidvishennyu gazoproniknosti centralnoyi chastini stovpa shihti Zavantazhennya shihtovih materialiv u domennu pich i rozpodilennya yih na koloshniku zdijsnyuyetsya zasipnim aparatom vstanovlenim na koloshniku pechi Materiali zavantazhuyutsya u pich periodichno pevnimi porciyami yaki nazivayutsya podachami abo koloshami Kozhna podacha skladayetsya z pevnoyi kilkosti koksu aglomeratu okatkiv vapnyaku Mozhut takozh zavantazhuvatis ruda ta dobavki zvarnij shlak okalina skrap Spivvidnoshennya materialiv u podachi rozrahovuyetsya na viplavku pevnoyi kilkosti chavunu napered zadanoyi yakosti i marki Pri vikoristanni zasipnogo aparatu konusovogo tipu kozhna nova podacha nabirayetsya na velikij konus i pri jogo opuskanni zsipayetsya u pich na poverhnyu ranishe opushenih materialiv Pri vikoristanni zasipnogo aparatu lotkovogo tipu podacha nabirayetsya u bunkeri i potim rozpodilyayetsya obertovim lotkom Za chas naboru chergovoyi podachi stovp shihti v pechi opuskayetsya vniz zvilnyayuchi misce dlya zavantazhennya nastupnoyi podachi Vaga materialiv odniyeyi podachi zalezhit vid ob yemu domennoyi pechi i syagaye 20 t i bilshe U domennu pich podachi opuskayutsya kozhni 5 8 hvilin abo 8 12 podach na godinu Rozklad plavilnih materialiv v domennij pechiU shihtovih materialah sho yih zavantazhuyut u domennu pich mistitsya gigroskopichna u shparinah materialiv i gidratna himichno zv yazana vologa massa yakoyi stanovit do kilkoh vidsotkiv vid masi materialiv napriklad vapnyak mistit 1 5 2 5 vodi koks 1 5 5 Pri potraplyanni materialiv na koloshnik pechi z nih vidalyayetsya vologa Viparyuvannya gigroskopichnoyi vologi pochinayetsya vzhe na koloshniku za rahunok tepla gaziv sho vihodyat z pechi i mayut temperaturu 150 350 C Gidratna vologa vidalyayetsya z materialiv na desho nizhchih gorizontah pechi Koks mistit blizko 1 letkih rechovin sho skladayutsya z CO2 CO H2 CH4 N2 Vidalennya yih z koksu vidbuvayetsya pri temperaturah 300 800 C Letki rechovini koksu perehodyat v gaz desho zminyuyut kilkist i sklad domennogo gazu odnak pomitnogo vplivu na jogo robotu v pechi ne mayut Bagato zi skladovih domennoyi shihti mistyat vuglekisli soli Vapnyak sho jogo vikoristovuyut yak flyus na 96 98 skladayetsya z vuglekisloyi soli karbonatu kalciyu CaCO3 Pri nagrivanni vuglekisli soli rozkladayutsya z vidilennyam oksidu metalu j vuglekislogo gazu Rozklad vapnyaku vidbuvayetsya za formuloyu CaCO3 CaO CO 2 177 988 MDzh Za takoyu reakciyeyu rozkladayutsya j inshi karbonati Rozklad suprovodzhuyetsya poglinannyam velikoyi kilkosti tepla Rozklad kozhnoyi okremoyi grudki vapnyaku roztyaguyetsya po visoti pechi bo vapnyak opuskayetsya razom zi vsima materialami pochinayetsya rozkladannya na gorizonti z temperaturoyu 760 C j zakinchuyetsya na nizhchih gorizontah z temperaturoyu vishoyu za 1000 C Vuglekislij gaz CO 2 sho vidilyayetsya pri rozkladanni vapnyaku j inshih karbonativ perehodit u gaz Chastina gazu CO 2 sho vidililasya pri temperaturah nizhchih vid 1000 C perehodit u gaz i vihodit z pechi razom z nim Vuglekislij gaz sho vidilivsya pri temperaturah 1000 C j vishe reaguye z vuglecem koksu za rivnyannyam CO2 C 2CO 165 797 Mdzh Vid 66 do 75 CO2 sho vidilyayetsya pri rozkladanni vapnyaku vzayemodiye z vuglecem koksu z utvorennyam CO insha vuglekislota perehodit u gaz bez rozkladannya do CO Reakciyi rozkladu karbonativ prohodyat z poglinannyam tepla sho vimagaye pidvishenoyi vitrati koksu na odinicyu chavunu Krim togo pri perehodi u gaz CO2 vidnovlyuvalna spromozhnist gazu padaye Tomu vikoristannya vapnyaku u domennij pechi viklikaye shkidlivi naslidki dlya domennogo procesu Odnak cherez te sho vapnyak ye flyusom tobto spriyaye plavlennyu pustoyi porodi rudi tochnishe comu spriyaye produkt jogo rozkladannya vapno CaO dovodilosya dovgij chas miritisya z jogo vikoristannyam Znachno virishilo cyu problemu vikoristannya v shihti oflyusovanogo aglomeratu vin mistit CaO Odnak i pri jogo vikoristanni u domennu shihtu dodayetsya vapnyak dlya oflyusuvannya zoli koksu Krim togo u domennu pich neodminno vvoditsya vapnyak pri vikoristanni u domennomu procesi neoflyusovanih okatkiv Procesi v gornu pechi Teploobmin u pechiU verhnij chastini gornu domennoyi pechi furmennij zoni po perimetru v pich u specialni otvori vstavleni vid 16 do 42 furmennih priladi Cherez furmi furmennih priladiv u pich vduvayetsya velika kilkist povitrya duttya Z metoyu ekonomiyi koksu deficitnij material u pich cherez furmi vduvayut pevnu kilkist chastkovih zaminnikiv koksu prirodnij gaz mazut koksovij gaz pilovugilne palivo vidhodi plastmas yaksho kozhnij z cih materialiv ye deshevshim vid koksu Zastosuvannya kombinovanogo duttya yake vklyuchaye okislyuvachi kisen i vidnovniki prirodnij abo koksivnij gaz mazut zabezpechuye ekonomiyu dorogogo koksu j pidvishennya produktivnosti pechi Garyache duttya bere uchast u procesah spalyuvannya vuglecyu koksu vuglevodniv prirodnogo gazu Zona cirkulyaciyi U domennu pich zalezhno vid yiyi ob yemu vduvayetsya vid 2000 m do 10000 m povitrya na hvilinu 2800000 m 14400000 m na dobu Strumin nagritogo do 1100 1300 S povitrya postupaye v pich cherez kozhnu furmu z tiskom vid 2 3 4 atm i shvidkistyu 200 300 m s i volodiye velikoyu kinetichnoyu energiyeyu Pid diyeyu potuzhnogo strumenyu duttya shar koksu pered furmami rozpushuyetsya mizh grudkami koksu utvoryuyutsya veliki pustoti Duttya viklikaye cirkulyaciyu shmatkiv koksu pered furmami yakij pri comu zgoryaye Rozpushena zona nazivayetsya zonoyu cirkulyaciyi Tut u fokusi gorinnya dosyagayutsya maksimalni temperaturi u domennij pechi do 2000 C i vishe Gorinnya vuglecyu koksu i inshih vidiv paliva bilya furm zabezpechuye neobhidni temperaturi v pechi i protikannya procesiv vseredini pechi Mezhi zoni cirkulyaciyi majzhe zbigayutsya z mezhami okislyuvalnoyi zoni 1200 1800 mm sho harakterizuyetsya nayavnistyu vilnogo kisnyu O2 i velikih kilkostej dioksidu vuglecyu SO2 Gorinnya vuglecyu koksu vidbuvayetsya za rahunok kisnyu duttya za reakciyeyu S O2 SO2 404 4 MDzh U miru viddalennya vid furm v umovah visokih temperatur i nadlishku vuglecyu pochinaye rozvivatisya reakciya SO2 S 2SO 165 8MDzh Sumarna reakciya gorinnya vuglecyu koksu jde z utvorennyam CO Azot povitrya N2 v reakciyah gorinnya ne bere uchasti j povnistyu perehodit v gornovij gaz Pri vikoristanni suhogo osushenogo povitryanogo duttya gornovij gaz za mezhami okislyuvalnoyi zoni mistit priblizno 34 7 SO i 65 3 N Jogo sklad zminyuyetsya pri zbagachenni duttya kisnem Tak napriklad pri zbilshenni v dutti vmistu kisnyu vid zvichajnih 21 do 30 gaz mistitime 46 SO i 54 N2 Atmosferne povitrya zavzhdi mistit pari vodi blizko 1 5 abo 15 g m Vologa povitrya neminuche potraplyaye v pich razom z duttyam napriklad yaksho u domennu pich ob yemom 2000 m vduvayetsya povitrya u kilkosti 3600 4400 m hv to pri vologosti 15 g m v pich shohvilini vnositsya 54 65 kg vodi Mozhna vikoristovuvati shtuchne zvolozhennya duttya do 3 4 yake dozvolyaye vvesti v pich dodatkovi voden ye vidnovnikom i kisen bere uchast u gorinni u viglyadi vodi H2O sho rozlagayetsya pri visokij temperaturi v pechi na H2 i O2 Vologa rozkladayetsya vuglecem koksu za reakciyeyu N2O S N2 SO 124 MDzh Pri comu chim visha vologist duttya tim vishe neobhidno pidnimati temperaturu duttya dlya kompensaciyi tepla na endotermichnu reakciyu rozkladannya vodi na 9 C pri zbilshenni kilkosti vologi na 1 m duttya na 1 g Pri vduvanni u pich prirodnogo gazu v gornovomu gazi zbilshuyetsya vmist vidnovlyuvalnih gaziv N2 i SO ale pri comu u furmennij zoni znizhuyetsya temperatura oskilki H2O i SO2 sho utvoryuyutsya pri zgoryanni prirodnogo gazu nadali rozkladayutsya vuglecem koksu z poglinannyam tepla Gorinnya prirodnogo gazu yak i vsih vuglevodniv vidbuvayetsya do N2O i CO2 Voni reaguyut z rozpechenim koksom viddayuchi jomu kisen i kincevim produktom zgoryannya prirodnogo gazu ye monooksid vuglecyu i voden 2CH4 O2 3 76N2 2CO 4CH2 3 76 N2 Serednij sklad gornovogo gazu na vidstani 2 m vid furm maye takij sklad 35 45 SO 1 12 N2 i 45 64 N2 Vidsotkove spivvidnoshennya mizh skladovimi gornovogo gazu zalezhat vid skladu duttya i kilkosti vuglevodnevih dobavok do duttya Garyachij gaz shvidko pidijmayetsya nazustrich shihtovim materialam i viddaye yim svoye teplo pri comu SO i N2 vitrachayutsya na vidnovlennya oksidiv peretvoryuyuchis v SO2 i H2O Koloshnikovij gaz sho vihodit z pechi maye temperaturu 200 300 C i mistit priblizno 20 30 SO 2 8 N2 15 18 SO2 0 2 0 5 SN4 i 45 55 N2 Procesi vidnovlennyaRudna chastina rudnih materialiv yavlyaye soboyu oksidi zaliza Fe2O3 Fe3O4 FeO Oksid vuglecyu SO pri prohodzhenni cherez shar shihti vidnovlyuye zalizo z rudnih oksidiv takozh vidnovlennya zaliza vidbuvayetsya pri kontakti rudi z rozpechenim koksom 3 Fe2O3 CO 2 Fe3O4 CO2 2 Fe3O4 2 CO 6 FeO 2 CO2 6 FeO 6 CO 6 Fe 6 CO2 FeO C Fe CO Zalizo sho utvorilosya pri vidnovlenni rudi znahoditsya v tverdomu stani u viglyadi gubchatoyi masi pri kontakti z oksidom vuglecyu i rozpechenim koksom zalizo nasichuyetsya vuglecem z utvorennyam cementitu Fe3C 3 Fe 2 CO Fe3C 2 CO2 3 Fe C Fe3C Vnaslidok navuglecyuvannya temperatura plavlennya zaliza znizhuyetsya vono shvidko perehodit u ridkij stan i kraplyami stikaye v gorn domennoyi pechi Pri peremishenni krapel metalu vidbuvayetsya dodatkove nasichennya zaliza vuglecem i vmist jogo v metali zbilshuyetsya Takim chinom v domennij pechi nemozhlivo oderzhati zalizo bez rozchinenogo v nomu vuglecyu i produktom domennoyi plavki zavzhdi ye zalizovuglecevij splav chavun Paralelno v domennij pechi vidbuvayetsya vidnovlennya oksidiv sho mistyatsya v shihti margancyu siliciyu fosforu za shemoyu MnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnO Mn Vidnovlenij marganec perehodit v chavun spriyaye himichnomu spoluchennyu zaliza i vuglecyu z utvorennyam cementitu Fe3C Krim togo marganec maye bilshu sporidnenist z sirkoyu i zvilnyaye chavun vid ciyeyi shkidlivoyi domishki FeS Mn MnS Fe Utvorenij v rezultati cogo sulfid margancyu ne rozchinyayetsya v zalizi i legko perehodit u shlak Pusta poroda zola koksu flyus obov yazkovo mistyat kremnezem SiO2 Chastina kremnezemu pid chas plavki chastkovo vidnovlyuyetsya i perehodit v chavun SiO2 2 C Si 2 CO Nayavnist v chavuni siliciyu pereshkodzhaye utvorennyu cementitu ale spriyaye vidilennyu vuglecyu u viglyadi grafitu sho daye mozhlivist oderzhuvati chavuni yaki dobre piddayutsya mehanichnij obrobci Fosfor shkidliva domishka sho mistitsya v deyakih rudah takozh vidnovlyuyetsya vuglecem v prisutnosti kremnezemu i perehodit do chavunu P2O5 CaO 4 5 C 2 SiO2 2 P 2 CaO 2SiO2 5 CO Nevelika kilkist sirki shkidliva domishka sho mistitsya v zaliznij rudi i koksi pri plavci vigoraye ale osnovna chastina perehodit u chavun Dlya vidalennya sirki neobhidna visoka temperatura i nadlishok vilnogo vapna yake zv yazuye sirku v nerozchinnij v zalizi sulfid kalciyu CaS i perevodit yiyi u shlak FeS CaO C Fe CaS CO Krim opisanih procesiv v domennij pechi vidbuvayetsya plavlennya pustoyi porodi i shlakoutvorennya Pusta poroda i zola koksu skladayutsya v osnovnomu z kremnezemu SiO2 i glinozemu Al2O3 yaki mayut visoku temperaturu plavlennya Znizhennya temperaturi plavlennya i utvorennya ridkogo shlaku dosyagayetsya vvedennyam v shihtu flyusu vapnyaku Vilni FeO i MnO vidnovlyuyutsya vuglecem do Fe i Mn Do rivnya furm zi shlaku vstigayut vidnovitisya majzhe vse zalizo i znachna chastina margancyu Na gorizonti furm u shlak perehodit zola koksu zbilshuyuchi kilkist shlaku i zminyuyuchi jogo sklad zbilshuyuchi v nomu vmist SiO2 i Al2O3 Takim chinom pid chas ruhu shlaku vid gorizontu pochatku utvorennya do gornu jogo sklad postijno zminyuyetsya Vidilyayut tri vidi shlaku pervinnij promizhnij kincevij Same kincevij shlak vipuskayetsya z pechi jogo sklad i vlastivosti berutsya do uvagi pri rozrahunku shihti Sklad i vlastivosti shlaku vplivayut ne tilki na robotu domennoyi pechi ale j na sklad chavunu TemperaturiShlaki pri vipusku z pechi mayut temperaturu 1385 1425 C chavun 1345 1365 C Na rivni furm u centri pechi temperatura stanovit lishe 1350 1400 C Gazi vihodyat z pechi z temperaturoyu 150 350 C pri viplavci pererobnih chavuniv i 500 600 C pri viplavci ferosplaviv Yaksho pripiniti zavantazhuvati novi porciyi materialiv to temperatura gaziv pidvishuyetsya Tomu abi uniknutiperegrivannya konstrukcij koloshniku cherez pidvishennya temperaturi koloshnikovogo gazu robota pechi z dovgimi perervami u zavantazhenni ne ye pripustimoyu Dali gaz ruhayetsya u centr pechi i vgoru Zalizo Fe kremnij Si marganec Mn pryamo vidnovlyuyutsya utvoryuyuchi CO Cya CO priyednuyetsya do gornovogo gazu pri comu jogo ob yem i vmist u nomu CO zbilshuyutsya Do gorizontiv z temperaturoyu 1000 1100 C gaz perebuvaye u oblasti pryamogo vidnovlennya Dali dodayetsya gaz vid rozkladannya flyusu U oblastyah z temperaturoyu nizhchoyu 1000 C vidbuvayutsya procesi nepryamogo vidnovlennya vnaslidok chogo u gazi z yavlyayutsya CO2 i H2O ale ob yem gazu ne zbilshuyetsya Dali u gaz perehodyat letki rechovini koksu odnak voni znachno ne vplivayut na sklad i kilkist gazu Utvorennya chavunu i shlakuUtvorennya chavunu V nizhnij chastini shahti pechi u grudkah rudnih materialiv z yavlyayetsya metalichne zalizo Odnak rozplavitis vono ne mozhe bo chiste zalizo maye temperaturu plavlennya 1535 C sho dosyagayetsya v pechi lishe u znachno nizhchih gorizontah Zerna vidnovlennogo zaliza pochinayut rozchinyati u sobi vuglec z utvorennyam karbidu vzhe pri temperaturah 400 500 C ale cherez tverdij stan nemaye tisnogo kontaktu mizh tverdimi reagentami Gubchaste vidnovlene zalizo u nizhnij chastini shahti pechi i navit u rozpari mistit ne bilshe 1 vuglecyu Vnaslidok rozchinennya vuglecyu u zalizi temperatura plavlennya metala znizhuyetsya pri 2 vona dorivnyuye 1382 C pri 4 3 1130 1135 C Pri opuskanni u nizhni gorizonti pechi z bilsh visokimi temperaturami metal perehodit u ridkij stan i u viglyadi okremih krapel stikaye vniz U ridkomu stani zalizo aktivnishe reaguye z vuglecem koksu z utvorennyam karbidiv i vmist vuglecyu v nomu dovoli shvidko pidvishuyetsya do 3 4 na rivni rozparu Dali vmist vuglecyu pri stikanni krapel chavunu vid nizu rozparu u gorno zminyuyetsya neznachno Vmist vuglecyu u chavuni zalezhit vid nayavnosti v rozplavi inshih elementiv Marganec Mn i hrom Cr sho utvoryuyut micni karbidi sho rozchinyayutsya u chavuni zbilshuyut vmist vuglecyu u splavi Tomu yaksho u pererobnomu chavuni do 1 1 75 Mn mistitsya 3 9 4 8 C to u dzerkalnomu chavuni do 25 Mn 5 5 5 C i u feromarganci blizko 80 Mn ne menshe yak 7 S Kremnij Si i fosfor P utvoryuyut z zalizommicnishi nizh karbidi z yednannya silicidi i fosfidi Tomu vmist vuglecyu u livarnomu chavuni z 3 5 Si znizhuyetsya do 3 5 a u ferosiliciyi z 10 Si do 2 Vmist vuglecyu u fosforistih chavunah 1 5 1 6 P ne perevishuyu 3 2 Utvorennya shlaku Pusta poroda skladayetsya golovnim chinom z kremnezemu SiO2 glinozemu Al2O3 vapnyaku CaO magneziyi MgO Nizhche gorizontu pochatku plavlennya zeren chavunu u tverdomu stani znahoditsya pusta poroda rudi nevidnovleni oksidi zaliza FeO vapnyak i koks Opuskayuchis vse nizhche ci materiali nagrivayutsya do bilshih temperatur i na pevnomu rivni zazvichaj na rivni rozparu poroda i flyus vzayemodiyut odin z odnim rozplavlyayutsya j utvoryuyut ridkij shlak Vin strumenyami stikaye u gorno i nakopichuyetsya tam pid sharom ridkogo chavunu Nizhche gorizontu shlakoutvorennya u tverdomu stani perebuvaye lishe koks yakij opuskayuchis nizhche nagrivayetsya gazami do 1500 1600 C i prihodyachi u gorno zgoryaye u strumeni duttya Osnovni skladovi pustoyi porodi shihti i vidtak shlaku vapno CaO magneziya MgO glinozem AlO i kremnezem SiO FeO MgO i sulfidi metaliv Ci oksidi u yakih bi vidnoshennyah ne buli vzyati ne mozhut utvoryuvati ruhlivogo shlaku navit pri temperaturi 1300 1400 C Odnak voni vzayemodiyut z nedovidnovlenimi FeO MnO i MgO plavlyatsya i techut pri temperaturi 1200 C U pervinnomu shlaku mistitsya do 20 30 zakisu zaliza FeO i 5 10 zakisu margancyu MnO Pri 35 45 FeO u shlaku temperatura plavlennya pervinnogo shlaku mozhe znizitis do 1030 C Po miri opuskannya pervinnij shlak nagrivayetsya U nomu vse bilshe rozchinyayetsya SiO AlO CaO Comu spriyaye tisnij kontakt tverdih oksidiv i shlaku sho stikaye po yihnij poverhni Vapno CaO sho rozchinyayetsya u shlaku i magneziya MgO vitisnyayut yih z himichnih spoluk zakis zaliza FeO i margancyu MnO utvoryuyuchi silikati kalciyu i magniyu Pribliznij sklad domennogo shlaku takij 35 SiO 40 CaO 10 MgO 11 AlO Shlaku utvoryuyetsya vid 0 3 do 1 t na 1 t chavunu Gliboke zbagachennya rud spriyaye zavantazhennyu v pich menshoyi kilkosti porodi i vidtak menshij kilkosti shlaku Znesirchennya chavunuRazom z shihtoyu v domennu pich vnositsya velika kilkist sirki Osoblivo bagato yiyi vnositsya koksom V pechi sirka perehodit u chavun shlak i gaz Sirki vnositsya stilki sho yiyi kilkist u chavunu mozhe sklasti 0 9 v toj chas yak maksimalna pripustima kilkist jogo mozhe buti lishe 0 015 0 050 Sirka ye shkidlivoyu domishkoyu Potrapivshi u chavun vona dali perehodit u stal viplavlenu z cogo chavunu i viklikaye u stali chervonolamkist Tomu borotba z sirkoyu na etapi pidgotovki shihtovih materialiv i bezposeredno pid chas domennogo procesu ye vazhlivim zavdannyam Bilya polovini sirki koksu perehodit u gaz she do prihodu koksu na riven furm Insha chastina sirki okislyuyetsya na furmah do SO2 i pidnimayuchis z gazami vgoru vidnovlyuyetsya do S yaka vzayemodiye z zalizom chavunu i oksidami shlaku utvoryuyuchi FeS MnS MgS CaS Utvorennya cih rechovin vidbuvayetsya do rozparu pechi Sirka sho ne vstigla proreaguvati pokidaye pich z koloshnikovim gazom u viglyadi SO2 i H2S Sirchane zalizo FeS rozchinne u chavuni i shlaku Pri 1000 1500 C u chavuni rozchinyayetsya 2 5 FeS Sirchanij marganec MnS dobre rozchinyayetsya u shlaku i malo u metali Sirchanij kalcij CaS i magnij MgS dobre rozchinyayutsya u shlaku i ne rozchinyayutsya u metali Tomu sirka sho zalishayetsya u pechi rozpodilyayetsya mizh chavunom i shlakom FeS CaO FeO CaS 2 956 MDzh Ce osnovna reakciya desulfuraciyi znesirchennya chavunu pid chas domennogo procesu Vona najintensivnishe protikaye pid chas prohodzhennya krapel chavunu cherez shar shlaku Tomu shlak maye buti osno vnim mistiti bagato CaO ye osnovnim oksidom Siropoglinalna spromozhnist shlaku zalezhit vid jogo osnovnosti tobto spivvidnoshennya v nomu osnovnih i kislotnih oksidiv ta virazhayetsya formuloyu C a O M g O S i O 2 A l 2 O 3 O displaystyle frac CaO MgO SiO 2 Al 2 O 3 O sh displaystyle Pri comu MgO maye buti u shlaku 5 20 Metodi intensifikaciyi domennogo procesuPid intensifikaciyeyu rozumiyut metodi i prijomi priskorennya protikayuchih u domennij pechi procesiv z metoyu pidvishennya yiyi produktivnosti Do nih nalezhat zahodi yaki napravleni na pidvishennya micnosti j yakosti shihtovih materialiv u tomu chisli pidvishennya osnovnosti aglomeratu sho dozvolyaye povnistyu viklyuchiti iz skladu shihti sirij vapnyak i poniziti vitratu koksu pidvishennya tisku gaziv u pechi Zbilshennya produktivnosti pechi na 5 10 znizhennya vitrati koksu na 2 5 i vinesennya pilu z gazom na 35 50 mozhna zabezpechiti za rahunok zbilshennya tisku gaziv u pichnomu prostori Dlya cogo specialnim droselnim pristroyem zdijsnyuyetsya perezhim strumenya gazu na gazoprovodi vidvedennya domennogo gazu sho privodit do pidvishennya tisku gazu pid koloshnikom do velichini 150 250 kPa Pri comu zmenshuyetsya perepad tisku mizh nizom i verhom pechi zmenshuyetsya pidjomna sila gaziv i yihnij ob yem zbilshuyetsya chas yihnogo perebuvannya v pechi Ce u svoyu chergu dozvolyaye zbilshiti kilkist duttya sho podayetsya v pich ta intensifikuvati domennu plavku zbagachennya povitryanogo duttya kisnem vid zvichajnogo zmistu 21 do 30 35 dozvolyaye zbilshiti kilkist spalyuvanogo v gorni koksu i proplavlyuvanih v odinicyu chasu materialiv Dlya ponizhennya temperaturi v gorni odnochasno z kisnem vduvayut prirodnij gaz yakij zbagachuye gornovij gaz vidnovnikami SO i N2 i dozvolyaye na 5 15 zmenshiti vitratu koksu i pidvishiti produktivnist domennoyi pechi na 4 7 pidvishennya temperaturi povitryanogo duttya do 1100 1200 S zmenshuye vitratu koksu i kilkist shlaku v pechi oskilki v pich postupaye bilsha kilkist tepla z duttyam Produkti domennoyi plavkiNa livarnomu dvori domennoyi pechi pid chas vipusku produktiv plavki Trshineckij metalurgijnij zavod Chehiya Osnovnim produktom domennoyi plavki ye chavun a pobichnimi shlak domennij gaz koloshnikovij pil V domennij pechi viplavlyayut pererobnij chavun priznachenij dlya podalshoyi pererobki na stal livarnij chavun sho vikoristovuyetsya dlya otrimannya chavunnih vilivkiv ta specialni chavuni ferosplavi sho yih vikoristovuyut dlya rozkisnennya u stalevarnomu virobnictvi Dlya otrimannya togo chi inshogo vidu chavunu domennij proces maye svoyi pevni osoblivosti Domennij shlak vikoristovuyut yak sirovinu pri virobnictvi riznih budivelnih materialiv Bilshe polovini oderzhuvanogo shlaku piddayut shvidkomu oholodzhuvannyu vodoyu abo povitryam i oderzhuyut dribni tverdi zerna granuli yaki vikoristovuyut u budivnictvi dlya virobnictva cementu Domennij gaz sho vihodit cherez verhnyu chastinu pechi skladayetsya iz SO SN4 N2 SO2 i N2 vmist goryuchih skladovih dosyagaye 30 SO i 2 3 N2 teplota zgoryannya gazu pislya ochishennya vid pilu 3300 3800 kDzh m3 Blizko 30 35 domennogo gazu vikoristovuyut u domennomu cehu dlya nagrivu nasadok povitronagrivachiv a reshta gazu v koksivnih martenivskih prokatnih i termichnih cehah a takozh dlya opalennya v kotlah teploelektrocentrali Vihid domennogo gazu dosyagaye 4000 m3 na 1 t koksu Pri ochishenni koloshnikovogo gazu ulovlyuyut koloshnikovij pil i shlami kilkist yakih minyayetsya vid 10 do 100 g m3 gazu sho mistyat u viglyadi oksidiv 40 50 Fe 10 12 S CaO MgO MnO i vikoristovuyutsya yak komponenti shihti pri virobnictvi aglomeratu Div takozhDomenne virobnictvoLiteraturaV P Movchan M M Berezhnij Osnovi metalurgiyi Dnipropetrovsk Porogi 2001 336 s G G Efimenko A A Gimmelfarb V E Levchenko Metallurgiya chuguna K Visha shkola 1974 ros Maarten Geerdes Hisko Toxopeus Cor van der Vliet Modern Blast Furnace Ironmaking An Introduction 19 kvitnya 2016 u Wayback Machine Amsterdam IOS Press 2009 P 9 ISBN 978 1 60750 040 7 angl J G Peacey W G Davenport The Iron Blast Furnace Theory and Practice 19 kvitnya 2016 u Wayback Machine Pergamon Press 1979 ISBN 0 08 023218 3 ISBN 0 08 023258 2 angl Vegman E F Domennoe proizvodstvo Spravochnik T 1 M Metallurgiya 1989 496s ros Posilannya PDF Sajt asociaciyi World Steel Association 2015 Arhiv originalu PDF za 4 bereznya 2016 Procitovano lyutij 2016 angl PDF Sajt asociaciyi World Steel Association 2015 Arhiv originalu PDF za 4 bereznya 2016 Procitovano lyutij 2016 angl Maarten Geerdes Hisko Toxopeus Cor van der Vliet Modern Blast Furnace Ironmaking An Introduction 19 kvitnya 2016 u Wayback Machine Amsterdam IOS Press 2009 P 9 16 ISBN 978 1 60750 040 7 angl Sajt http www donga com dongA com June 10 2013 Arhiv originalu za 7 travnya 2016 Procitovano kviten 2016 angl Sajt News World http newsworld co kr detail htm no 937 30 Sun Jun 2013 Arhiv originalu za 16 kvitnya 2016 Procitovano kviten 2016 angl Liming Lu editor Iron Ore Mineralogy Processing and Environmental Sustainability 29 lipnya 2017 u Wayback Machine Elsevier Ltd 2015 P 508 angl