Рис. 1. Разрез (а) и профиль рабочего пространства доменной печи (б):

1 – чугунная летка; 2 – горн; 3 – заплечики; 4 – распар; 5 – шахта; 6 – колошник; 7 – запасной аппарат;

8 – горизонт образования чугуна; 9 – горизонт образования шлака;

10 – зона горения кокса; 11 – слой шлака; 12 – шлаковая летка; 13 – расплавленный чугун.

Доменные печи №5,6 и 7 построены по одному типовому проекту, поэтому имеют одинаковые размеры профиля печи. Полезный объём 2000м 3 ; проектную мощность 1300 тыс.т/год чугуна; среднесуточное производство 3640 т\ высота печи составляет 29,4м; диаметр распара 10900мм; высота горна составляет 3600мм; высота мёртвого слоя 101,2мм; высота распара 1700мм; высота заплечиков 3000мм; объём горна равен 268,8м 3 ; объём заплечиков 251,4м 3 ; объём распара 158,7м 3 ; объём шахты 1199,2м 3 ; объём колошника 121,9м 3 .

Рис. 2 Профиль доменной печи

Н п - полная высота; Н™- полезная высота; h r высота горна; h a - высота заплечиков; п р -высота распара; Ь ш - высота шахты; Iv высота колошника; d r диаметр горна; D p - диаметр распара; dr диаметр колошника; а- угол наклона шахты; (3- угол наклона заплечиков-

Вес всех конструкциях доменной печи, шихты и продуктов доменной плавки передаётся на фундамент, который равномерно передаёт всю нагрузку на грунт и является весьма ответственным сооружением.

Фундамент разделяют на две части: верхнюю (пень), состоянию из сплошного массива жароупорного бетона, который не разрушается, нагреваясь до 1250°С, и нижнюю часть (подошву), выполненную в виде железобетонной плиты.

Огнеупорная кладка доменной печи снаружи заключена в сплошной металлический кожух - броню, выполненную из листовой стали, толщина которой в нижней части горна составляет 36-40мм, а в верхней части шахты 28мм.

Нижняя часть кожуха в районе лещади, горна и заплечиков опирается на фундамент. Верхняя часть кожуха (от распара до колошника) опирается на мараторное кольцо, которое лежит на колоннах. Мараторное кольцо представляет собой сварную конструкцию из толстых листов стали, выполненную в виде плоского кольца, к внутренней части которого приварена нижняя кромка кожуха шихты; наружная часть мараторного кольца прикреплена болтами к колоннам.

Огнеупорная кладка печи предназначена для уменьшения тепловых потерь и предохранения кожуха печи от тепловых и других вредных воздействий. Кладка печи претерпевает многообразные воздействия: температурные напряжения, давление газов, шихты и жидких продуктов плавки, химическое воздействие, абразивное воздействие опускающихся шихтовых материалов и восходящего потока газа, несущего большое количество пыли и т.д.

В различных частях печи воздействия на огнеупорную кладку различны, поэтому материал футеровки и конструкцию отдельных частей печи необходимо выбирать с учётом этих воздействий.

Кладка лещади постоянно омывается жидким чугуном, испытывает большое гидростатическое давление и температурные напряжения. Благодаря этим воздействиям чугун проникает в швы кладки. При неустойчивом режиме печи, связанном с колебаниями температуры, проникший в швы чугун может застывать, а затем снова расплавляться. При застывании чугун расширяется и расклинивает кладку, при этом отдельные кирпичи теряют связь с кладкой и всплывают на поверхность чугуна.

Кладка нижней части горна - металлоприёмника - также испытывает расклинивающее действие застывающего чугуна, но в меньшей степени, так как чугун оказывает меньшее гидростатическое давление на кольцевую кладку металлоприёмника. Кладка металлоприёмника омывается шлаком, который взаимодействует с материалом кладки, разрушая её.

Служба кладки верхней части горна - фурменной зоны - значительно отличается от службы её в металлоприёмнике. Гидростатическое давление чугуна и шлака на стены фурменной зоны сравнительно невелико. Однако в этой зоне развивается самые высокие в доменной печи температуры (здесь происходит горение топлива), воздействующие на огнеупорную кладку.

В заплечиках, расположенных в непосредственной близости от очагов горения, развиваются высокие температуры. Рудная часть шихты находится в жидком состоянии и, стекая в виде капель и струек

чугуна и шлака между кусками кокса, частично попадает на огнеупорную кладку. Кроме того, огнеупорная кладка интенсивно омывается газами. Таким образом, кладка заплечиков находится в тяжёлых условиях, испытывая, помимо термических напряжений, химическое воздействие газов, жидкого шлака и чугуна.

Стенки шахты в нижней её части испытывают довольно сильное тепловое напряжение и химическое воздействие шлака, в меньшей степени они истираются кусками шихты и частицами пыли, увлекаемыми восходящим потоком газа. В верхней же части, наоборот, тепловое напряжение невелико, химическое воздействие шлака отсутствует, а абразивное воздействие материалов и газового потока более сильное.

Для того чтобы продлить срок службы огнеупорной кладки и снизить влияние температуры на кожух во избежание его разрушения, а также способствовать образованию гарниссажа, применяется водяное или пароиспарительное охлаждение.

При водяном охлаждении на 1м 3 полезного объёма доменной печи расход воды составляет 1,0-1,Зм 3 /ч. Расход воды при пароиспарительном охлаждении в несколько раз меньше.

Применяют три способа охлаждения доменных печей водой:

наружную поливку кожуха печи из кольцевых брызгал - применяется как резервное охлаждение в случае прогара холодильников или износа кладки;

установку чугунных плит между кожухом и футеровкой печи (периферийные холодильники) с залитыми в них цельнотянутыми стальными трубами, по которым циркулирует вода - обеспечивает равномерное охлаждение футеровки и более надёжную защиту от прогара металлического кожуха печи.

3) установку холодильников внутри кладки (внутренние холодильники), отлитых из стали с внутренними каналами или из чугуна с залитыми цельнотянутыми трубами для циркуляции воды - охлаждают футеровку шахты на значительную толщину.

Охладительные устройства предохраняют кладку от сильного разгара, но не предупреждают его полностью.

Воздух, необходимый для горения топлива, подаётся в доменную печь через отверстия, расположенные, -расподоженнмег в верхней части горна - фурменной зоне. В отверстие в огнеупорной кладке вставляется фурменный прибор, состоящий из трёх деталей: амбразуры, холодильника и фурмы.

Амбразура 11 представляет собой чугунную отливку «конической формы, охлаждаемую водой, циркулирующей по водопроводной трубке, залитой в её теле. Чтобы обеспечить хррошее уплотнение, амбразуры крепятся болтами к стальному литому сланцу 10, привариваемому к кожуху горна. Место сопряжения фланца с амбразурой обрабатывается так, чтобы образовалась плоская того, наличие холодильника обеспечивает плотную установку фурмы, что устраняет выбивание газа из горна.

В коническую заточку холодильника вставляется воздушная фурма, выступающая в глубь горна на 200-ЗООмм. Воздушная фурма 13 представляет собой полую медную литую или сварную коробку, заполненную водой. Подвод и отвод воды осуществляется так же, как и в фурменном холодильнике. Внутренний диаметр воздушных фурм колеблется от 150 до 200мм и определяется необходимостью получения оптимальной скорости истечения дутья из фурм.

Дутьё подводится к фурмам по кольцевому воздухопроводу 5 с внутренним диаметром до 1400мм, опоясывающему доменную печь и подвешенному к колоннам печи. Кольцевой воздухопровод соединён трубопроводом горячего дутья с воздухонагревателями. Кольцевой воздухопровод и трубопроводы горячего дутья свариваются из стальных листов толщиной 8-12мм и внутри футеруются высокоглинозёмистым кирпичом. Между кирпичом и кожухом укладывается асбестовый картон или глинисто-асбестовая набойка. Кольцевой воздухопровод сообщается с фурмами через неподвижное колено 8, подвижное колено 16 и сопло 14. Такое сложное устройство вызвано необходимостью быстрой смены сгоревших деталей фурменного прибора. Воздушная фурма, сопло, подвижное и неподвижное колена сочленяются шлифованными шаровыми заточками. Шаровые заточки подвижного и неподвижного колен выполняются в виде фланцев 4, которые крепятся болтами. Подвижное и неподвижное колена внутри футеруются шамотным кирпичом. Подвижное колено имеет патрубок 3 для чистки сопла и фурмы при попадании в них шлака. Патрубок закрывается крышкой, имеющей смотровое стекло для наблюдения за ходом процессов в печи. Неподвижное колено с помощью болтового соединения крепится к штуцерам 6 кольцевого воздухопровода 5. подвижное колено подвешивается к неподвижному колену на двух шарнирных подвесках 2 с клиньями. Затягивая клинья, можно обеспечить плотное соединение шарнирных поверхностей в рабочем положении, а ослабляя - поворот подвижного колена на подвесках.

Сопло представляет собой стальную отливку со стенкой толщиной 12-16мм. Для увеличения стойкости сопел и уменьшения потерь тепла через них при работе на высоконагретом дутье их внутренняя поверхность футеруется легковесным огнеупорным кирпичом.

Сопло прижимается к фурме, а подвижное колено к соплу с помощью натяжного устройства 1; пружина натяжного «устройства обеспечивает постоянное усилие прижатия. Натяжное устройство крепится к кожуху печи при помощи скобы, заделываемой в кожух.

вив»

Рис. 4. Чугунная лётка:

1- огнеупорная масса; 2- огнеупорная футеровка; 3- рама; 4- холодильник.

Чугунной лёткой называется отверстие (канал) в стенке нижней части горна - металлоприёмника, предназначенного для периодического выпуска чугуна.

Лёточное отверстие в горне ослабляет кожух печи, поэтому в этом месте устанавливается металлическая литая рама, прикреплённая к кожуху печи и стыкующаяся с желобом для чугуна. В раме сделано внутреннее отверстие, футерованное огнеупорным

высокоглинозёмистым кирпичом так/ что оставлен сквозной канал шириной 200-ЗООмм и высотой 400-500лш, который забивается огнеупорной массой. Для увеличения стойкости чугунной лётки она обрамлена плитовыми холодильниками горна, толщина которых доведена до 255мм, с отверстием для рамы.

9 Ю

Рис. 5. Арматура шлаковом летки

Шлаковой лёткой называется отверстие (канал) в стенке горна, предназначенное для периодического выпуска шлака из доменной печи.

Шлаковые лётки снабжены арматурой, которая называется шлаковым прибором. Шлаковый прибор состоит из ряда телескопически соединённых частей: медной штампованной или литой полой охлаждаемой водой фурмы 10, имеющей отверстие для выпуска шлака 05О-65лш, литого медного охлаждаемого полого холодильника

Современная цивилизация неразрывно связана с развитием техники производства, невозможной без совершенствования орудий труда и материалов, используемых для их изготовления.

Среди всех материалов природного происхождения или созданных человеком, самое значимое место занимают черные металлы – сплав железа и углерода с присутствием других элементов.

Сплавы, в составе которых часть углерода составляет 2 – 5%, относятся к чугунам, при наличии углерода менее 2% сплав относится к сталям. Для плавки металлов используется специальная технология доменного производства.

Азбука производства

Доменная плавка – это процесс производства чугуна из железной руды, перерабатываемой в доменных печах или, как их еще называют, домнах.

Основными материалами, необходимыми в процессе такого производства, являются:

• топливо, в виде получаемого из каменного угля кокса;
• железная руда, являющаяся непосредственным сырьем для производства;
• флюс – специальные добавки из известняка, песка, а также других материалов.

В доменные печи железная руда попадает в виде сплавленных между собой кусков мелкой породы – агломератов или окатышей, в виде рудных комков. Исходное сырье загружают в колошник доменной печи послойно, чередуя со слоями кокса и с послойным добавлением флюса.

Примите к сведению: флюс необходим для того, чтобы заставить всплыть пустую породу и различные примеси, которые называются шлаком.

Всплывший на поверхности раскаленного чугуна шлак, сливается до того, как металл застынет. Загружаемый для плавки чугуна материал из железной руды, кокса и флюса, называют шихтой.

Доменная печь, имеющая в профиль сходство с башней с широким основанием, внутри выкладывается огнеупорным материалом – шамотом.

Основными элементами конструкции являются:

• заплечики;
• распар;
• колошник;
• шахта
• горн.

Распар - это самая широкая часть доменной печи. В нем плавится пустая порода руды и флюса, в результате чего из них получается шлак. Для предотвращения воздействия высоких температур на кладку и кожух печи, применяются холодильные установки с циркулирующей водой.

Доменная шахта строится в форме расширяющего внизу конуса – такое устройство домны позволяет шихте свободно опускаться во время процесса плавки. Образование чугуна, который в процессе плавки спускается в горн, происходит в распаре и заплечиках. Для удержания находящейся в распаре и шахте твердой шихты, заплечики имеют форму конуса, с расширением к верху.

Как работает

В домну шихта засыпается через колошник непрерывными порциями.

Для обеспечения непрерывности работы, возле домны устанавливается склад для окатышей (агломерата), флюса и кокса – бункер, предназначенный для составления шихты.

Поставки сырья в бункеры, как и подача шихты к засыпным устройствам на колошник, производится по непрерывной схеме с использованием транспортеров.

Опускаясь под своей массой, шихта попадает в среднюю часть печи, где под воздействием горячих газов, образующихся в результате сгорания кокса, железорудный материал нагревается, а оставшиеся газы выходят через колошник.

В горне, который находится внизу печи, располагаются аппараты для подачи под давлением горячих воздушных потоков – фурмы. В фурмах имеются окошки с термостойкими стеклами, позволяющие производить визуальный контроль процесса.

Обратите внимание: для защиты от воздействия высоких температур устройства охлаждаются водой по имеющимся внутри каналам.

Сгорающий в горне кокс дает необходимую для плавления руды температуру, превышающую +2000 гр.

В процессе горения происходит соединение кокса и кислорода с образованием углекислого газа.

Воздействие высокой температуры на углекислый газ превращает последний в отнимающий у руды оксид углерода и восстанавливает железо. Процесс образования чугуна происходит после прохождения железа сквозь слои раскаленного кокса. В результате такого процесса, железо насыщается углеродом.

После того как чугун в горне накопился, жидкий металл выпускается через находящиеся внизу отверстия – летки. В первую очередь через верхнюю летку выпускается шлак, а затем, через нижнюю летку – чугун. По специальным каналам чугун сливается в размещенные на железнодорожных платформах ковши и транспортируется на дальнейшую обработку.

Литейный чугун, который в дальнейшем будет использован для производства отливок, попадает в разливочный аппарат и, застывая, превращается в бруски – чушки.

Для производства стали используется чугун, который называется переделочным – он составляет до 80% производства.

Переделочный чугун транспортируется в сталелитейный цех с конверторами, мартеновскими или электрическими печами. В современных, огромного размера домнах для поддержания процессов горения используется не только потоки горячего воздуха, но и чистый кислород, применяемый вместе с природным газом.

Такая технология позволяет расходовать меньшее количество кокса, но является технологически более сложной. Поэтому для контроля процесса производства, выбора оптимальных режимов плавки используются компьютеры, способные вести одновременный анализ работы всех систем.

Смотрите познавательное видео, в котором описываются принцип работы и нюансы функционирования доменной печи:

5. Определение механических свойств при испытании на растяжение. Анализ диаграммы растяжения.

6. Определение твёрдости методом Бринелля (см. Лр№ 1).

7. Определение твёрдости методом Роквелла (см. Лр№ 2).

8.Понятие о сплаве, компоненте, фазе, системе.

9.Диаграмма состояния двойного сплава «свинец-сурьма».

10. Диаграмма состоянияжелезоуглеродистых сплавов системы «железо-цементит»

11. Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов.

12. Исходные материалы и продукты доменной плавки.

13. Доменная печь, ее устройство и работа.

14. Получение стали в кислородных конвертерах.

15. Белые чугуны, их область применения.

16. Серые чугуны, их маркировка и область применения.

17. Высокопрочные чугуны, их маркировка и область применения.

18. Ковкие чугуны, их маркировка и область применения.

19. Углеродистые конструкционные качественные стали, маркировка и область применения.

20. Углеродистые инструментальные стали, маркировка и область применения.

21. Легированные стали, их классификация и маркировка.

22. Латуни и бронзы, их маркировка и область применения.

23. Алюминиевые сплавы, их маркировка и область применения.

24. Коррозия металлов, её виды и методы борьбы с ней.

25. Антифрикционные сплавы, их маркировка и область применения.

26. Металлокерамические твердые сплавы, их маркировка и область применения.

27. Отжиг и нормализация. Виды отжига.

28. Закалка. Виды закалок.

29. Отпуск. Виды отпуска.

30. Химико-термическая обработка, ее виды.

31. Модельный комплект, его назначение и состав.

32. Литье в многократные (постоянные) метал­лические формы (кокили)

33. Центробежное литье

34. Литье в оболочковые формы.

35. Точное литье по выплавляемым моделям

36. Сущность обработки под давлением. Пластическая деформация металлов.

37. Явление возврата и рекристаллизации.

38. Понятие о прокатном производстве. Прокатка, ее виды.

39. Прессование, виды прессования.

40. Волочение, применяемое оборудование, получаемая продукция.

41. Ковка, виды операций ковки, применяемое оборудование.

43. Металлургические процессы при сварке. Сварочные напряжения и деформации, причины их появления и методы предупреждения.

44. Электродуговая сварка, сущность процесса, применяемое оборудование.

45. Виды электродов, их покрытие.

46. Дуговая сварка под флюсом и в среде защитных газов. Электрошлаковая сварка.

47. Исходные материалы для газовой сварки.

48. Оборудование и принадлежности для газовой сварки и резки.

49. Технология газовой сварки и резки

50. Пайка, сущность процесса. Припои, флюсы их назначение и состав.

51. Основные части и элементы резца.

52. Углы резца.

53. Элементы режима резания при точении.

54. Устройство токарно-винторезного станка.

55. Устройство горизонтально-фрезерного станка.

56. Процесс сверления и его особенности.

57. Электроискровая обработка металлов.

58. Термореактивные пластмассы, их виды, состав и применение.

59.Состав и классификация лакокрасочных материалов.

60.Состав и классификация клеевых материалов.

61. Общие сведения о резине. Резиновые смеси, их состав.

62.Общие сведения о древесине, её физико-механические свойства.

63.Разновидности древесных материалов

64.Прокладочные материалы.

13. Доменная печь, ее устройство и работа.

Доменная печь является шахт­ной печью, которую выкладывают в стальном корпусе шамотным кирпичом. У доменной печи выделяют (рис. 7, а) колошник, шахту, распар, заплечики и горн. Черезколошниковый затвор в доменную печь загружают шихту.Шахта имеет форму усеченного кону­са, расширяющегося книзу, что способствует свободному опу­сканию шихты по мере плав­ления. На уровнераспара изаплечиков образуется губча­тое железо, которое затем на­углероживается, плавится и стекает в горн. Заплечики от распара суживаются к горну, поэтому твердая шихта удер­живается в распаре и шахте.

В горне на лещади 6 нака­пливается жидкий чугун. Его плотность 6,9 г/см 3 , а плот­ность шлака около 2,5 г/см 3 , поэтому над чугуном находит­ся слой шлака. Накопившийся шлак периодически выпускают черезлетку 5,Рис. 7

а чугун - через летку 1. Окислительное дутье для горения топлива подается через фурмы4 под давлением до 500 кПа; оно предварительно нагревается в регене­ративных печах - воздухонагревателях. Эти же фурмы используют для подачи в печь природного газа и других топливных добавок (мазута, пылевидного топлива). На колошнике находитсязасыпной аппарат 3 игазоотвод 2 для доменного (колошникового) газа. Глав­ной характеристикой печи является ее полезный объем - внутрен­ний объем, исчисленный по полезной высоте печи.

Доменный процесс. В печи непрерывно движутся: сверху вниз - поток шихты, снизу вверх - поток газов, образующихся при горе­нии топлива и реакциях с составляющими шихты. Сущность домен­ной плавки состоит в восстановлении железа из оксидов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы и золы топлива.

Восстановление оксидов и образование чугуна начинается с вос­становления оксидов железа монооксидом углерода в средней части шахты. При опускании шихты к распару эти реакции развиваются и протекают быстрее:

3Fе 2 О 3 + СО = 2Fе 3 О 4 + СО 2 +dН;

Fе 3 О 4 + СО = ЗFеО + СО 2 -dН;

FеО + СО =Fе + СO 2 +dН.

Науглероживание железа начинается в шахте вслед за его вос­становлением с образованием карбида железа по реакции:

3Fе + 2СО =Fе 3 С + СО 2 .

14. Получение стали в кислородных конвертерах.

В производстве стали широко используют кислородно-конвертерные процесс ы. Стационарный конвертер (рис. 8) имеет два бандажа 4, каждый из которых опирается на два ролика 1. Горловина конвертера имеет симметричную форму. Внутри стального кожуха конвертеры вы­кладываются смолодоломитовым кирпичом. Летка 3 предназначена для слива готовой стали.

Вместимость кислородных конвертеров от 50 до 400 т. Сущность кислородно-конвертерного процесса заклю­чается в том, что загруженную в конвертер шихту про­дувают сверху струей кислорода под давлением до 1,5 МПа. Большое давление кислорода обеспечивает хо­рошее перемешивание металла. В начале продувки окис­ляются кремний, марганец и другие элементы, которые переходят в шлак. После первого периода продувки к
исло­родом (длится 16 мин), фурму подни­мают, наклоняют конвер­тер, сливают шлак и берут пробу металла. В конвер­тер добавляют известь, ставят его вновь в верти­кальное положение, вво­дят фурму и начинают второй период продувы кислородом. Во второй пе­риод продувки продолжа­ются реакции окисления примесей, выгорает угле­род, идут реакции шлако­образования и другие физико-химические процессы. В конце второго периода продувки в конвертер вводят часть раскислителей. После удаленияРис. 8

фурмы конвертер наклоняют, берут контрольную пробу стали и выпускают сталь в разливоч­ный ковш, где завершается процесс ее раскисления фер­ромарганцем, ферросилицием или комплексными раскислителями.

Общая продолжитель­ность составляет 40...60 мин, а продолжительность продувки кислородом - 18...30 мин. Преимущества: хорошее качество, высокая производительность и меньшая себестоимость. Недостат­ок: боль­шой угар металла (6...9%).

"

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, газообразными (СO, Н2) и твердым (С) восстановителями, образующимися при сгорании топлива в печи.

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо. Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится. Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество материалов. Современная доменная печь расходует около 20000 тонн шихты в сутки и выдает ежесуточно около 12000 тонн чугуна.

Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска такого большого количества материалов необходимо, чтобы конструкция печи была проста и надежна в работе в течение длительного времени. Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух, сваренный из стальных листов толщиной 25 – 40 мм. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая в нижней части печи с помощью закладываемых специальных холодильников – металлических коробок, внутри которых циркулирует вода. В связи с тем, что для охлаждения печи требуется большое количество воды, на некоторых печах применяют испарительное охлаждение, сущность которого состоит в том, что в холодильники подают воды в несколько раз меньше, чем при обычном способе. Вода нагревается до кипения и интенсивно испаряется, поглощая при этом большое количество тепла.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи. Рабочее пространство печи включает:

• колошник;
• шахту;
• распар;
• заплечики;
• горн.

Колошник

Это верхняя часть доменной печи, через которую осуществляется загрузка шихтовых материалов и отвод доменного или колошникового газа. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат. На большинстве доменных печей установлены двухконусные загрузочные устройства. В обычном положении оба конуса закрыты и надежно изолируют внутреннее пространство печи от атмосферы. После загрузки шихты в приемную воронку малый конус опускается и шихта падает на большой конус. Малый конус закрывается. После того, как на большом конусе будет набрано заданное количество шихты, большой конус опускается при закрытом малом конусе и шихта высыпается в печь. После этого большой конус закрывается. Таким образом, рабочее пространство доменной печи постоянно герметизировано.

Шихтовые материалы обычно подаются на колошник печи с одной стороны. В результате, в воронке малого конуса образуется откос. Длительная Работа доменной печи с перекосом уровня шихты недопустима. Для устранения этого явления приемная воронка и малый конус сделаны вращающимися. После загрузки шихты воронка вместе с конусом поворачивается на угол кратный 60, благодаря чему после разгрузки нескольких подач неравномерность полностью устраняется. 0

На современных печах могут устанавливаться более сложные по конструкции засыпные аппараты. Вместо большого конуса устанавливается вращающийся желоб, угол наклона которого может регулироваться. Такая конструкция позволяет изменять место подачи материалов по диаметру колошника.

В процессе доменной плавки образуется большое количество газа, который отводится из колошниковой части печи. Такой газ называют колошниковым. Газ содержит горючие составляющие СO и Н2 и, поэтому, используется как газообразное топливо в металлургическом производстве. Кроме того, проходя через столб шихты, газ захватывает мелкие частицы железосодержащих материалов, образуя так называемую колошниковую пыль. Пыль улавливается в специальных газоочистителях и используется как добавка к шихте при агломерации или получении окатышей.

Шахта

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов. Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

Распар

Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.

Заплечики

Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.

Горн

Это нижняя цилиндрическая часть печи, где осуществляются высокотемпературные процессы доменной плавки. В горне происходит горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жидкими фазами, накопление жидких продуктов плавки (чугуна и шлака) и периодический их выпуск из печи. Горн состоит из верхней или фурменной части и нижней или металлоприемника. Подину металлоприемника называют лещадью .

В нижней части горна расположены чугунные и шлаковые летки, представляющие собой отверстия для выпуска чугуна и шлака. После выпуска чугуна летку закрывают специальной огнеупорной массой при помощи так называемой пушки, которая представляет собой цилиндр с поршнем. Перед открытием чугунной летки пушку заполняют леточной огнеупорной массой. После окончания выпуска чугуна пушку подводят к летке, и с помощью поршневого механизма леточная масса выдавливается из пушки и заполняет леточный канал. Для вскрытия чугунной летки служит специальная бурильная машина, которая рассверливает в леточной массе отверстие, по которому выпускают чугун.

Шлаковые летки располагаются на высоте 1500 – 2000 мм от уровня чугунной летки и закрываются с помощью шлакового стопора, представляющего собой стальной шток с наконечником. Выходящие из доменной печи чугун и шлак направляются по желобам в чугуновозные и шлаковозные ковши. В настоящее время шлак в основном выпускается вместе с чугуном и отделяется от чугуна специальным устройством на желобе печи.

Шлак, вытекающий из доменной печи через чугунную летку, отделяется от чугуна на желобе печи с помощью разделительной плиты и перевала, выпол-няющих роль гидравлического затвора. Чугун, имеющий высокую плотность, проходит в зазор под разделительной плитой, а более легкий шлак отводится в боковой желоб.

При необходимости поставки чугуна другим предприятиям его разливают в слитки (чушки) массой 30 – 40 кг на специальной разливочной машине.

В верхней части горна на расстоянии 2700 – 3500 мм от оси чугунной летки по окружности горна с равными промежутками устанавливаются воздушные фурмы, через которые подают в печь нагретое до 1100 – 1300 °С дутье, а также природный газ и другие топливные добавки (мазут, пылеугольное топливо). Каждая доменная печь обеспечивается дутьем от своей воздуходувки. Нагрев дутья осуществляется в воздухонагревателях регенеративного типа, когда под действием тепла сжигаемого газа вначале нагревается насадка воздухонагревателя из огнеупорного кирпича, а затем через нее пропускается воздух, забирающий тепло от насадки. В период нагрева насадки в камеру горения подается газ и воздух для его горения. Продукты сгорания, проходя через насадку, нагревают ее и уходят в дымоход. В период нагрева дутья холодный воздух поступает в нагретую насадку, нагревается, а затем подается в доменную печь. Как только насадка остыла настолько, что воздух не может быть нагрет до заданной температуры, его переводят на следующий воздухонагреватель, а остывший ставят на нагрев. Насадка воздухонагревателя охлаждается быстрее, чем нагревается. Поэтому блок воздухонагревателей доменной печи состоит из 3 – 4 аппаратов, из которых один нагревает воздух, а остальные разогреваются. Профиль доменной печи характеризуется диаметрами, высотами и углами наклона отдельных элементов. Размеры некоторых печей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Размеры печей

Размеры, мм	Полезный объем печи, м3
	2000	3000	5000
Диаметр:
горна	9750	11700	14900
распара	10900	12900	16300
колошника	7300	8200	11200
Высота:
полная	32350	34650	36900
полезная	29200	32200	32200
горна	3600	3900	4500
шахты	18200	20100	19500

Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой и находиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи. Профиль печи должен быть рациональным, при котором обеспечиваются важнейшие условия доменного процесса:

• плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;
• выгодное распределение встречного газового потока;
• благоприятное развитие процессов восстановления и образование чугуна и шлака.

Основными величинами, характеризующими размеры рабочего пространства, являются полезный объем печи и полезная высота. Они включают высоту и объем, заполненные материалами и продуктами плавки. При определении этих параметров за верхний уровень берется отметка нижней кромки большого конуса засыпного устройства в опущенном положении, а нижнем уровнем является уровень оси чугунной летки.

Доменная печь, или, как её часто называют, домна, предназначена для выплавки железа из железной руды. Происходит это в результате химических реакций, протекающих при высокой температуре. На заключительной стадии процесса выплавленное железо насыщается углеродом и превращается в чугун (см. Железо, сталь, чугун).

Доменная печь.

В домне расплавляют, как правило, не железную руду, а агломерат (спекшуюся в куски мелкую руду) или окатыши (комки сферической формы, получаемые из мелкой руды или тонкоизмельченного концентрата). Их загружают в печь послойно, перемежая коксом. Так же послойно в домну добавляют флюсы - известь, песок и некоторые другие вещества. Для чего они нужны?

Вместе с агломератом и окатышами в домну Попадает порода, не содержащая железа. Металлурги называют её пустой породой. Её надо удалить, чтобы она не попала в чугун при его затвердевании. Флюсы заставляют пустую породу и некоторые другие ненужные вещества (все это называют шлаком) всплывать на поверхность жидкого металла, откуда шлак уже нетрудно слить в специальный ковш. Итак, агломерат (или окатыши), кокс, флюсы входят в смесь материалов, которая загружается в домну и называется шихтой.

Домна напоминает большую круглую башню и состоит из трех основных частей: верхняя часть - колошник, средняя - шахта и нижняя - горн. Внутри доменная печь выложена (футерована) огнеупорной кладкой. Чтобы предотвратить разгар кладки и защитить кожух печи от высоких температур, используют холодильники, в которых циркулирует вода.

Через колошник порциями, по нескольку тонн в каждой, в домну загружается шихта. Загрузка идет непрерывно. Для этого возле доменной печи устраивают бункер - склад, куда доставляют агломерат (или окатыши), кокс и флюсы. В бункере из них при помощи автоматизированных вагонов-весов составляют шихту. В бункеры больших современных домен сырье подается непрерывно - транспортерами. Также транспортерами в современных домнах подается шихта из бункера на колошник. В старых домнах для этого применяются вагончики-скипы, которые курсируют по наклонным рельсам.

Под действием собственного веса шихта опускается, проходя через всю домну. В средней части печи - шахте - её омывают идущие снизу вверх газы - продукты горения кокса. Они нагревают шихту, а затем уходят из домны через колошник. Но самое главное происходит в нижней части домны - горне.

Здесь в кожухе домны имеются фурмы - специальные устройства для подачи в печь сжатого горячего воздуха. В фурмах устроены окошки, защищенные стеклами, через которые доменщики могут заглянуть внутрь печи и увидеть, как идет процесс. Чтобы фурмы не сгорели, их охлаждают водой, протекающей по каналам внутри фурм.

Горячий воздух нужен для того, чтобы еще сильнее подогреть шихту перед расплавлением. Это позволяет снизить расход дорогостоящего кокса и повышает производительность домны. Кроме того, для еще большего снижения расхода кокса в домну вводят в качестве источника тепла природный газ или мазут. Воздух перед подачей в фурмы нагревают в высоких башнях, заполненных внутри кирпичом, - воздухонагревателях.

В горне домны сгорает кокс (а также природный газ или мазут), развивая очень высокую температуру - свыше 2000 °C, под действием которой руда полностью расплавляется. Сгорая, кокс соединяется с кислородом воздуха, и образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры углекислый газ превращается в оксид углерода, который отнимает у железной руды кислород, восстанавливая железо. Стекая вниз через слой раскаленного кокса, железо насыщается углеродом и превращается в чугун. Жидкий чугун скапливается на дне горна, а на его поверхности собирается слой более легкого шлака.

Когда в горне накопится достаточное количество чугуна, его выпускают через отверстия в нижней части горна - летки. Сначала выпускают шлак через верхнюю летку, потом чугун через нижнюю. Далее чугун попадает в канавы, откуда его сливают в большие чугуновозные ковши, стоящие на железнодорожных платформах, и отправляют на дальнейшую обработку.

Если чугун предназначен для изготовления отливок - литейный чугун, - он попадает в разливочную машину, где застывает в виде брусков - чушек. Если же чугун предназначен для передела в сталь (передельный чугун), его транспортируют в сталеплавильный цех. Там он попадает в мартеновские печи, конвертеры или электропечи (см. Электрометаллургия). Из всего количества выпускаемого чугуна примерно 80% приходится на долю передельного.

Первая домна Магнитогорского металлургического комбината, вступившая в строй в 1932 г., имела объем 900 м 3 . В 1986 г. на Череповецком металлургическом заводе начала работать домна «Северянка» объемом 5500 м 3 , одна из самых больших в мире.

Раньше доменные печи выпускали чугун каждые 3–4 ч. С увеличением их объема выпуск чугуна ускорился - каждые 2 ч. Большие домны - объемом 3000 м 3 и более - выпускают чугун практически непрерывно.

В современных гигантских домнах для поддержания горения применяют не только нагретый воздух, но и природный газ вместе с чистым кислородом. Это повышает производительность агрегата, снижает расход кокса, но в то же время затрудняет управление технологическим процессом. Поэтому сейчас в доменных цехах все чаще появляются электронные вычислительные машины. Они анализируют показания многочисленных приборов, контролируют ход процесса, выбирают наилучшие режимы плавки.