Конструкція та методика розр та доменної печі

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

Завдання ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3

1 Доменні печі ............................................... ...................... 4
1.1 Пристрій і робота доменної печі ........................................... 4
1.2 Теплообмін в доменних печах ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... .7
1.3 Показники роботи доменних печей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 13
Список використаних джерел ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14

1 Доменні печі
1.1 Пристрій і робота доменної печі
Доменна піч призначена для виплавки чавуну з залізних руд і є найважливішим агрегатом чорної металургії. Основою технологічних процесів, що протікають в доменній печі, є процеси відновлення оксидів заліза.
Доменна піч представляє собою високу шахту круглого перерізу (рисунок 1), що спирається на залізобетонний фундамент зазвичай багатогранної форми. Нижня частина (підошва) фундаменту перебувати на глибині 6 - 7 м . Надземна частина фундаменту викладена з вогнетривкого бетону.
Профіль робочого простору печі у вертикальному розрізі складають ведучий (верхня циліндрична частина), шахта (верхня конусна частина), распар (широка циліндрична частина), заплечики (нижня конусна частина) і горн (нижня циліндрична частина).
Футеровка колошника захищена металевими кільцями, зібраними із сегментів, від ударного і истирающего дії шматків шихти, що падають з великого конуса засипного апарату. Шахту, распар і заплечики футерують високоякісним шамотним цеглою, а горн і поду (під печі) - високоглиноземисті цеглою або вуглецевими блоками. Футеровку нижній частині шахти, а також распара, заплічок, сурми і поду охолоджують водяними холодильниками.
Кладка шахти укладена в суцільнозварний сталевий кожух. Внизу, на рівні переходу шахти до распаром, кожух закінчується опорним кільцем, яке підтримується колонами із спеціальними опорами, передають навантаження на несучу плиту фундаменту. Горн також оперезаний звареним сталевим кожухом.
Гаряче дуття від повітронагрівачів через футеровані повітропровід надходить в футерованную кільцеву трубу. З кільцевої труби повітря направляється в футеровані рукави і через мідні водоохолоджувальні фурми, розташовані у верхній частині печі по колу, надходить в доменну піч. Фурми вставлені в конічні холодильники, які входять до амбразури, щільно прилеглі до кожуха печі.
У нижній частині печі на висоті 600 - 1000 мм від поду розташовані одна або дві чавунні льотки - канали для періодичного випуску чавуну і шлаку. Шлаки відокремлюють від чавуну в жолобі за допомогою перевалу та перегородки (скімер). У проміжках між випусками чавуну отвір льотки забивають вогнетривкою масою за допомогою спеціального пристрою - електричної поршневий гармати.
На висоті 1400 - 1600 мм від чавунної льотки під деяким кутом один до одного розташовані два шлакові льотки, через які випускають шлак. Шлакова льотка складається з порожнистої мідної водоохлаждаемой фурми, яка входить в конічний мідний холодильник, вставлений в чавунний холодильник, вставлений в чавунний холодильник зі змійовиком. Отвір шлакової льотки закрито спеціальним стопором зі сталевою пробкою.
Доменну піч завантажують шихтою зверху через спеціальний засипний апарат. Він складається з великої конуса з лійкою, перекриває ведучий печі, і малого конуса з обертовою приймальні лійкою. Така конструкція засипного апарату дозволяє рівномірно розподіляти матеріал на колі колошника і усуває втрати газів в атмосферу. Завантаження шихти в доменну піч здійснюють пошарово.
Процес розвитку доменного виробництва йде в напрямку підвищення вмісту заліза в рудному сировину, зниження витрати палива і часткової заміни природним газом (рідше мазутом) дефіцитного палива, яким є кокс. Збільшуються також розміри доменних печей. Корисні обсяги доменних печей досягають 5000 м3 .
Підвищення вмісту заліза в рудному сировину, що веде до зменшення кількості шлаку, знижує витрати фізичного тепла на нагрів і плавлення складових шлаку, призводить до розігрівання низу печі і дозволяє знизити витрату палива. Зниження витрати палива збільшує в свою чергу економічність і продуктивність печі.
В даний час в якості рудної частини шихти використовують агломерат - продукт збагачення залізної руди спіканням подрібненої руди, залізного концентрату, колошникового пилу і флюсів.
Дуже перспективним є застосування окатишів - продукту огрудкування і випалу залізного концентрату.
Основним видом палива в доменній печі є кокс. В якості додаткового палива використовується природний газ, який подається через фурми.
Розпечені гази, що виходять в області фурм в результаті горіння опускається коксу до СО і вдуваемого природного газу до СО і Н2, продуваються (фільтруються) через стовп кускових матеріалів під дією напору, що створюється повітродувками. Завантажувані через засипний апарат рудна сировина і кокс поступово нагріваються і втрачають вологу і летючі. При використанні флюсів і сирих руд відбуваються також процеси розкладання карбонатів. Залізорудна сировина відновлюється. Вищий оксид Fe2O3 перетворюється на залізо послідовно через проміжні оксиди. Процес відновлення здійснюється практично по всій висоті печі, але закінчується вище рівня фурм до надходження складових рудної сировини в зону горіння. Восстановителями служать компоненти газу (СО і Н2), що окислюються в процесі відновлення до СО2 і Н2О.
Процес відновлення заліза складається з реакцій
FeO + CO = Fe + CO2
+
C + CO2 = 2 CO (1)
FeO + C = Fe + CO
Такий процес вимагає витрати вуглецю і поглинає велику кількість (156,64 МДж / моль) тепла.
При високих температурах, що досягаються після розплавлення і поділу складових рудної частини шихти на метал і шлак, отримують деякий розвиток ендотермічні процеси прямого відновлення кремнію і марганцю, а також процес науглероживания заліза. Ці процеси здійснюються при стікання струменів чавуну і шлаку через шар коксу (коксову постіль), що виконує роль фільтра, що пропускає розплави і гази і перегороджують шлях ще не розплавленим або полурасплавленним шматках рудних матеріалів.
Окис вуглецю, яка утворюється з реакцій (1) і являє собою основну складову гарячу доменного (колошникового) газу, видаляється з печі з температурою приблизно 650 К і використовується в подальшому для опалення доменних печей.
Для відводу газу в куполі печі передбачені чотири бічних висхідних газовідводу. Вертикальні ділянки газовідводів з'єднані попарно у два газовідводу, що переходять в один спадний газовідвід, який входить зверху по осі в первинний пиловловлювач. Газовідводи футерована шамотним цеглою.
1.2 Теплообмін в доменних печах
У доменній печі шихта рухається згори вниз, а розпечені гази рухаються знизу вгору. Таким чином, здійснюється противоток газу і шихти. Характер теплообміну між газом і шматками шихти залежить від співвідношення з водяних еквівалентів. Водяним еквівалентом газу (шихти) називають твір витрати газу (шихти) на його (її) теплоємність, тобто
; ,
де Wг і Wш - водяні еквіваленти газу і шихти, Вт / К;
Gг і Gш - витрата газу і шихти, кг / с або м3 / с;
сг сш - теплоємність газу і шихти, Дж / (кг ∙ К) або Дж / (м3 ∙ К).
Співвідношення між водяними числами газу і шихти робить істотний вплив на теплообмін в шахтних печах. Характерними є дві протиточні схеми теплообміну, представлені на (малюнку 2).
Якщо водяний еквівалент газового потоку більше водяної еквівалента потоку шихти, тобто Wг> Wш, то температура шихти досягає початкової температури теплоносія (газу) Т 'м, а теплоносій виходить з теплообмінника з температурою Т''г.
У цьому випадку при збереженні постійним коефіцієнта теплопередачі і співвідношення водяних еквівалентів по висоті шахтної печі температуру шихти на різних горизонтах шахти можна визначати за наближеному рівнянню Б.І. Китаєва:
, (2)
де - Числовий коефіцієнт, що залежить від критерію Біо; αv - коефіцієнт тепловіддачі на одиницю об'єму шихти, Вт / (м3 ∙ К); f - пористість шару шихти (частки одиниці), що дорівнює відношенню обсягу, незайнятого шматками шихти, до всього обсягу; τ - час від початку завантаження, шихти, с; Н - висота положення шихтових матеріалів, м.
Коли водяний еквівалент шихти більше водяної еквівалента газу, тобто Wг> Wш, гази віддають усе своє тепло шихті і охолоджуються до температури надходить шихти Тш. Однак цього тепла не вистачає, щоб нагріти шихту до початкової температури газів. Шихта після теплообміну буде недогретой, її температура Тш буде нижче температури надходять в шахту газів Тг.
Для визначення температури газу на різних горизонтах шахти при цій схемі теплообміну можна використовувати другу наближене рівняння Б.І. Китаєва:
, (3)
Для визначення температури шихти використовують рівняння теплового балансу:
(Тш - Т 'ш) Wш = (Т' м - Тг) Wг
Визначення коефіцієнтів тепловіддачі в шахтних печах представляє собою велику складність, оскільки форма і розмір шматків шихти є вкрай невизначеними.
Ця складність поглиблюється так само тим, що і відстань між шматками є досить невизначеним. Теплообмін від газів до шматків шихти здійснюється трьома видами теплопередачі: конвекцією, теплопровідністю і випромінюванням, зі змінним питомою значенням кожного виду передачі тепла. Переважне значення має теплопередача конвекцією, так як відстань між шматками дуже мало і теплове випромінювання невелика.
Все це викликало необхідність використовувати у розрахунках теплообміну в шахтних печах коефіцієнти тепловіддачі на одиницю об'єму αv [Вт / (м3 ∙ К)] і на одиницю поверхні αF [Вт / (м2 ∙ К)], пов'язані між собою таким співвідношенням:
, (4)
де F - середня питома поверхня шматків шихти (м2/м3).
Для визначення коефіцієнта тепловіддачі на одиницю поверхні шматків можуть бути використані емпіричні рівняння. Одне з таких рівнянь, отримане О.М. Чернятин, має такий вигляд
, (5)
де ψ - коефіцієнт форми, що враховує втрати поверхні в місцях контактів між шматками. Для шматків руди ψ = 0,86.
Використовуючи вирази (4) і (5), можна знайти коефіцієнти αF і αv, необхідні для розрахунків по рівняннях (2) і (3).
У реальних умовах роботи доменної печі спостерігаються відхилення в сталості співвідношення водяних еквівалентів, викликані впливом фізико-хімічних процесів, що протікають в об'ємі печі.
В умовах роботи доменної печі по її висоті розмежовуються три зони теплообміну на (малюнку 3): 1) верхня зона, в якій теплообмін відбувається в умовах Wг> Wш і тепло газу використовується не повністю, 2) середня зона, в якій теплообмін відбувається внаслідок протікають в ній екзотермічних реакцій, і 3) нижня зона (при Wг <Wш), у якій спостерігається найінтенсивніший теплообмін.
Ці положення пояснюють ряд відомих положень, помічених на практиці. Наприклад, тепло нагрітого дуття повністю використовується в нижній частині печі, оскільки тут Wг <Wш і відбувається інтенсивний теплообмін; введення кисню в дуття або зменшення питомої витрати коксу знижує температуру колошника завдяки тому, що зменшуються кількість газів і Wг.
У всіх випадках необхідно проводити розрахунок шихти за методикою, тобто за формулами (1) і (2):
(1)
(2)
При розрахунку шихти враховують чад елементів, який залежить від застосовуваних матеріалів, а також від типу печі

1.3 Показники роботи доменних печей
Основним продуктом доменної плавки є передільний чавун, який у подальшому використовується для отримання сталі. Він має наступний склад: 3,7 - 4,3% С, 0,3 - 1,0% Si, до 2% Mn, 0,02 - 0,06% S, інше залізо.
Якісний рівень роботи доменної печі характеризується відношенням її корисного об'єму (м3) до добової виплавці чавуну (т) і називається коефіцієнтом використання корисного об'єму (к. і. П. о.), Який зазвичай коливається в межах 0,43 - 0,75. Приблизний матеріальний і тепловий баланси доменної плавки дані в (таблиці 1 і 2).
З теплового балансу видно, що фізичне тепло газів використовується в доменній печі дуже добре, а цьому відношенні доменна піч є досить досконалим агрегатом. Хімічно пов'язане тепло вуглецю використовується не повністю, так як у печі необхідно підтримувати відновну атмосферу, оскільки основне призначення доменної печі полягає у відновленні заліза з його оксидів. У результаті неповного окислення вуглецю і водню вологи в колошниковому газі, крім СО, міститися також горючі гази Н2 і СН4. У даному випадку сухого колошникового газ характеризується теплотою згоряння Qнр = 4477 кДж/м3. Отже, на 1 кг чавуну з колошниковому газом йде хімічної енергії тепла 4477 ∙ 2,684 = 11810 кДж, що становить приблизно 44% тепла, одержуваного при згорянні коксу та природного газу.

Таблиця 1 - Примірний матеріальний баланс доменної плавки на 1000 кг чавуну.
Прихід вологих матеріалів, кг
Вихід продуктів, кг
1. Кокс 670
2. Агломерат 1650
3. Руда залізна 158
4. Окалина 110
5. Вапняк 306
6. Дуття сухе 2499
7. Волога дуття 31
8. Природний газ1 ( 132,5 м3 ) 104
1. Чавун 1000
2. Скрап 1910
3. Шлаки 761
4. Газ сухої ( 2684 м3 ) 3585
5. Волога шихти 1939
6. Волога, що утворилася в печі 102
7. Пил 32
Разом 5528
Усього 5528
1 - Вартість тепла, що виділяється при згорянні природного газу, в 10 разів менше вартості тепла, що виділяється при згорянні коксу.
Прихід тепла, кДж (%)
Витрата тепла, кДж (%)
1. Від згоряння С при з'єднанні
з О2, що містяться в дуття 4335 (35,9)
2. Від згоряння природного газу
в фурм 272 (2,2)
3. Ентальпія дуття за вирахуванням
теплоти розкладання вологи
дуття 1465 (14,6)
4. Від згоряння С в СО при
з'єднанні з О2, що містяться
в руді 730 (6,0)
5. Від згоряння С в СО2 при
з'єднанні з О2, що містяться
в руді 3663 (30,2)
6. Від згоряння Н2 до Н2О
в печі 1362 (11,1)
1. На дисоціацію оксидів 6816 (57,2)
2. Те ж, сірчистих з'єднань 8 (-)
3. Те ж, карбонатів за вирахуванням
теплоти шлакоутворення 314 (2,6)
4. На виділення гідратної вологи 21 (-)
5. Ентальпія чавуну 1215 (10,3)
6. Те ж, шлаку 1153 (10,0)
7. На випаровування вологи шихти 92 (0,8)
8. На нагрівання водяних парів
до температури колошника 92 (0,8)
9. Ентальпія сухого
колошникового газу 1385 (11,6)
10. На втрати з охолоджувальною
водою 455 (3,7)
11. На втрати в навколишній
простір (по різниці) 364 (3,0)
Разом 11827 (100)
Разом 11827 (100)
Таблиця 2 - Примірний тепловий баланс доменної плавки на 1 кг чавуну

Висновок
Техніко-економічна оцінка доменних печей
Із метою економії дорогого коксу дуття доменної печі нагрівають у повітронагрівача. Ще недавно температура нагріву дуття досягала 873 - 973 К. Останнім часом у зв'язку з поліпшенням фізико-хімічних властивостей проплавляються матеріалів стало можливим застосовувати високотемпературне дуття (1723 - 1473 К). Це дозволило зменшити витрату палива (коксу) на 10 - 15% і більше, а також частково замінити кокс природним газом і підвищити вміст кисню в дуття. Застосування цих заходів дозволило збільшити продуктивність печей.

Список використаних джерел
1 Крівандін В.А. Теорія, конструкції та розрахунки металургійних печей - 1 том / Ю. П. Філімонов, В.А. Крівандін; професор, доктор техн. наук. - Москва: Металургія, 1986 р . - 477 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
36.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Конструкція і методика розрахунку доменної печі
Конструкція методика розр та рудовідновної печі для виробництва феросплавів
Конструкція методика розр та сушив
Конструкція методика розр та конверторів кольорової металургії
Конструкція методика розр та штовхальних методичних печей
Конструкція і методика розр та індукційних вакуумних печей
Конструкція і методика розр та шахтних печей кольорової металургії
Конструкція методика розр та мартенівських печей чорної металургії
Конструкція методика розр та випалювальних печей год рной металургії
© Усі права захищені
написати до нас