Продукты доменной плавки.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун, как правило, является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ - побочными.

Цель доменного производства состоит в получении чугуна, представляющего собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нём может содержаться, кроме того, ещё хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержание основных элементов (C, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим ГОСТом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемого в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида: передельный, предназначенный для дальнейшего передела в сталь; литейный, используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий; доменные ферросплавы, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90 % общего производства чугуна. Он предназначен для производства стали в конвертерах или мартеновских печах и обычно содержит 0,3-1,2 % Si; 0,2-1,0 % Mn, 0,15-0,2 % Р и 0,02-0,07 % S. В чугуне некоторых марок, предназначенном для передела в кислых конверторах, фосфора должно быть очень мало (≤0,07 %), а в используемом для специального сталеплавильного передела с получением не только стали, но фосфористых шлаков необходимо, чтобы фосфора было 1,2-2,0 %.

Литейный чугун по содержанию фосфора подразделяют на малофосфорный (до 0,1% Р), обычный (0,1-0,3 % Р), и высокофосфористые чугуны (0,31-0,7 % и 0,71-1,2 % Р). Для изготовления высокопрочных изделий применяют чугуны с низким содержанием фосфора, а для художественного литья - высокофосфористые чугуны.

Следует отметить, что в последние годы передельный чугун используют не только для выплавки стали, но и для переплавки в чугунолитейных цехах для производства чугунных отливок.

Выплавка чугуна в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащих материалов. Его количество определяется содержанием железа в шихте и требуемой основностью. Чем беднее железом шихта и чем выше требуемая основность шлака, тем больше выход шлака из печи. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3-0,6 т на 1 т чугуна.

Доменный процесс определяется тепловыми, химическими, газодинамическими, механическими явлениями, протекающими в печи. Доменная печь как объект управления очень сложна, очень сложно изучить все параметры доменной печи как объекта управления, поэтом управление доменными процессами осуществляется исходя из многолетнего опыта специалистов доменного производства.

В комплексе управлений технологическими процессами можно выделить следующие подсистемы: шихтовки и шихтоподачи, теплового режима, распределения газового потока, хода доменной печи.

Подсистема управления шихтовки и шихтоподачи решает следующие основные задачи: расчёт шихты для доменной плавки из данных материалов, управление набором, взвешиванием и доставкой материала на колошник, управление загрузкой материалов в доменную печь.

Управление тепловым режимом обеспечивает управление тепловыми процессами в верхней и нижней частях доменной печи.

Управление распределением газового потока включает в себя управление распределением дутья и природного газа по фурмам, а также управление распределением материалов на колошнике.

Управление ходом доменной печи обеспечивает управление одновременного схода столба шихтовых материалов.

Подача и нагрев дутья.

Для нормального протекания доменного процесса и достижения высокой производительности необходимо вдувать ежеминутно 1,6-2,3 м3 (или 1,9-3,2 кг) дутья на 1 м3 полезного объёма печи. Нижний предел относится к работе на дутье, обогащённом кислородом. Так, при работе доменной печи объёмом 3000 м3 ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800 м3, а для доменной печи объёмом 5000 м3 - около 8000 м3. А так как давление газов на колошнике повышается до 250 кПа, то давление дутья, подаваемого в печь, достигает 350-400 кПа.

Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. Наибольшее распространение получили центробежные воздуходувные машины с паротурбинным приводом, так называемые паротурбовоздуходувки производительностью 4000-7000 м3/мин, создающие давление дутья на выходе, равное 400-500 кПа.

В настоящее время в качестве дутья широко применяют воздух, обогащённый кислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха. Производительность больших блоков по кислороду составляет 35 000 м3/ч. В этих блоках процесс состоит из предварительного сжижения воздуха, который затем подвергают ректификации, т. е. разделению, основанному на различии температур сжижения различных составляющих воздуха. При разделении необходимо достигать отрицательных температур до -200 ˚С, так как температура кипения воздуха составляет -192˚С. Такие низкие температуры достигают в результате многократного расширения сжатого воздуха и системы теплообменников, в которых происходит передача холода от одной среды к другой. При испарении жидкого воздуха в первую очередь улетучивается смесь газов, богатых азотом (tкип=-195,8˚С), затем аргоном (tкип=-189,4˚С), вследствие чего остаток постепенно обогащается кислородом (tкип=-183˚С). Полученный на кислородной станции газообразный технический кислород (95-97% О2) либо добавляют во входной патрубок воздуходувной машины или же подают к воздухонагревателям по отдельному кислородопроводу.

Дутьё, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до1050-1300˚С в воздухонагревателях, называемых иногда кауперами в честь Каупера, который в 1857 г. получил патент на регенеративный воздухонагреватель с кирпичной насадкой.

Современный воздухонагреватель имеет наружный диаметр 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглинозёмистого кирпича или динаса, а нижнюю часть - из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Из этого кирпича выложены ячейки размером 45 × 45 мм по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м3

такой насадки около 25 м2. В последнее время предложено применять для насадки шестигранные блоки с круглыми ячейками, имеющими горизонтальные проходы. Это более сложная насадка, но её поверхность составляет около 30 м2 на 1 м3 объёма насадки.