Сырьё и топливо для доменных печей

ТОПЛИВО ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ

Основным топливом доменной плавки является каменноугольный кокс. На протяжении 100 лет применения кокса среди доменщиков остается в силе поговорка: «Самый лучший мастер печи – это хороший кокс». Мировые запасы коксующихся углей оцениваются сейчас примерно в 1,5 трлн. т и составляют менее 10 % общих ресурсов каменного угля. Разведанные запасы насчитывают около 400 млрд. т, большая их часть сосредоточена в США, Китае, России, Германии.

Работа доменной печи без кокса невозможна по физическим причинам, так как он выполняет следующие функции: восстановитель, источник технологического тепла и науглероживающее средство, обеспечивает газопроницаемость столба шихты в печи, служа ее опорным каркасом. Такое топливо лишь частично можно заменить другим (жидким, газообразным, пылевидным).

Многие сотни лет черные металлы получали, используя древесный уголь. На 1 т металла расходовалось до 40 м 3 леса. В конце XVI века королева Елизавета Английская вынуждена была запретить использовать лес для производства угля. Через 30 лет выплавка железа была прекращена во всей Англии. В XVIII веке русская императрица Елизавета специальным указом запретила строить железоделательные заводы в радиусе 200 верст вокруг Москвы.

К твердому топливу предъявляют следующие основные требования:

1) высокая теплота сгорания;

2) достаточная прочность и термостойкость, чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве и прохождении через печь;

3) неспекаемость в условиях доменного процесса;

4) достаточная чистота по содержанию вредных примесей – серы и фосфора.

Также желательно, чтобы в топливе было мало золы, особенно глинозема и кремнезема, требующих применения флюсов. С учетом этих требований приходится специально изготавливать топливо.

Производство доменного кокса осуществляется на металлургических заводах с полным циклом и на специализированных коксохимических заводах.

В XVIII и в первой половине XIX века кокс получали в кучах. Куча представляла собой сооружение высотой 3-4, диаметром 3-4 метра, вмещавшая 3-4 т угля. В центре из крупных кусков угля или камней выкладывали канал для отвода газов. Процесс длился 4 -5 дней, а выход кокса составлял 50-55 %.

Шихтой для производства кокса служат различные сорта каменного угля: коксовые, жирные, тощие, газовые (коксующиеся угли – наиболее дорогой сорт). Металлургические заводы России снабжаются коксующимися углями Кузбасса, Печоры, Якутии.

Перед коксованием уголь измельчают и обогащают, удаляя минеральную часть породы для снижения содержания золы в коксе. Шихту увлажняют и отправляют в коксовые печи. При нагреве без доступа воздуха мелкие угольные частички переходят в пластическое состояние и размягчаются, обволакивая твердые зерна некоксующегося угля. При температуре более 450 о С в массе начинается процесс разложения угля с выделением органических соединений (углеводороды, аммиак и др.). Выделяющиеся газообразные вещества вспучивают размягченную массу, образуя в ней многочисленные поры.

По мере протекания процесса сухой перегонки масса все более обогащается углеродом, теряет пластичность и при 600 – 650 о С переходит в состояние полукокса. При 1000 о С он отвердевает, и никакой повторный нагрев не может перевести эту массу в плавкое состояние снова. Этот твердый остаток и есть кокс. Длительность процесса составляет 14-16 часов.

Кокс получают в камерных печах, объединенных в коксовые батареи, производительностью до 1 млн. т кокса в год. Батарея может иметь до 80 камер коксования (рис. 19). Камера имеет форму спичечного коробка с размерами: ширина 0,5, высота 5, длина 15-17 м. Коксовые печи отапливаются доменным и коксовым газом, сжигаемым в простенках между камерами – вертикалах при температуре 1400 о С. При этом тепло идет на нагрев кирпичной кладки стен и угольной массы. Подаваемый воздух нагревается в регенераторах, находящихся под коксовыми печами, за счет тепла продуктов сжигания газа (регенератор – устройство для аккумулирования тепла отходящих газов).

Для выгрузки кокса камеру отключают от трубопровода, в который уходят газообразные продукты коксования. Расположенные с обеих сторон дверцы раскрываются. К передней дверце по рельсам подкатывает коксовыталкиватель, имеющий горизонтальную штангу с башмаком. Штанга вводится внутрь, выдавливая коксовый пирог, который многотонным огненным водопадом падает в вагон для тушения и сбора кокса.

Существует два способа тушения кокса: мокрый и сухой. При мокром — кокс интенсивно охлаждается струями воды в башне, а при сухом коксовый пирог охлаждают инертным газом (азотом). Сухое тушение позволяет возвратить до 50 % тепла, расходуемого на процесс коксования и использовать его, например, для получения пара и преобразования его в электрическую энергию.

Серебристый кусок кокса можно взять в руку (он не пачкает). Резкое охлаждение при мокром тушении ухудшало кокс, делая его влажным, а после сухого он менее влажен и более прочен. Кроме того, при сухом тушении нет пара, а следовательно, исключается коррозия оборудования.

Твердый, пористый кокс проходит испытания на разрушение и истирание, кусковатость (для определения крупности кусков кокс просеивают через решетки-сита с отверстиями, размеры которых предусмотрены соответственными стандартами), влажность, содержание золы, серы и летучих газов.

Кроме кокса, при коксовании получают коксовый газ и ценные химические продукты. Из 1 т сухой угольной шихты получают 750 — 800 кг кокса, 320 м 3 газа, 38 кг каменноугольной смолы, 11 кг бензола. Кокс является дорогим и дефицитным сырьем. Для использования менее дефицитных, плохо коксующихся углей пытаются заменить обычный кокс формованным, который получают высокотемпературным прессованием угольной шихты из некоксующихся углей.

Проблема экономии кокса в доменном производстве является важнейшей. Этого можно достигнуть, во-первых, за счет использования в доменной плавке наряду с коксом в качестве топлива природный газ, каменноугольную пыль, мазут; во-вторых, за счет обогащения дутья кислородом и применения офлюсованного агломерата и окатышей.

Наибольший экономический эффект достигается при использовании комбинированного дутья, когда на 1 м 3 кислорода вдувается 1,1 — 1,2 м 3 природного газа, 0,8 — 1,0 кг мазута или угольной пыли. Обычно расход природного газа составляет 100 — 120 м 3 /т. Предварительное восстановление железной руды является также одним из эффективных способов снижения расхода кокса. Так использование 40 % окатышей с металлизацией 40 % снижает расход кокса на 13-15 %, с металлизацией 80 % — на 25-30 %.

Ужесточение природоохранного законодательства с целью уменьшения выбросов в окружающую среду, высокая капиталоемкость коксохимических производств, повышение требований к качеству производимой продукции заставляют совершенствовать коксохимическое производство.

ФЛЮСЫ

Флюсы– это вспомогательные материалы, вводимые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и образования в горне доменной печи шлака требуемого химического состава и физических свойств. Вид флюса, его количество выбираются в зависимости от состава пустой породы.

Если в пустой породе много кремнезема, т. е. кислого компонента, то в печь или шихту для агломерации вводят основные флюсы, т. е. содержащие известь. Если в пустой породе содержатся оксиды кальция и магния, прибегают к добавке кислых флюсов, содержащих кремнезем. В первом случае используют известняк, во втором – кварциты. Основную массу известняка составляет СаСО₃. При нагревании известняк разлагается с образованием извести и углекислого газа: СаСО₃= СаО + СО₂. Известь является шлакообразующим элементом.

Известняк для доменной плавки должен быть кусковатым (крупность 25-60 мм), прочным, не образовывать мелочи, а главное, не содержать серы, фосфора и кремнезема. Месторождения известняка находятся вблизи Череповца – Пикалевское, возле Липецка – Студеновское, Агаповское на Урале и др.

В шихте доменных печей часто используют отходы различных металлургических производств с повышенным содержанием железа или марганца. Колошниковая пыльсодержит до 45 % Fe, поэтому ее направляют на агломерационные фабрики и подмешивают к шихте для производства агломерата. Сварочный шлак – отход прокатного производства, образующийся при высоком нагреве стальных заготовок в нагревательных печах, содержит около 50 % Fe и ничтожные количества серы и фосфора. Окалина – отход прокатного производства, ее удаляют со слитков и заготовок при прохождении прокатных клетей. Иногда используют шлаки сталеплавильного производства, литейных цехов, машиностроительных предприятий в виде стружки и мелкого лома.

Сырьё и топливо для доменных печей

Требования к железно-рудному сырью и топливу для современных доменных печей. Материалы, применяемые для выплавки чугуна. Функции топлива для доменной плавки. Огнеупорные материалы в металлургии. Физические и химические свойства древесного угля и кокса.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Какие требования предъявляются к железно-рудному сырью и топливу для современных доменных печей? Какие материалы отвечают этим требованиям и применяются для выплавки чугуна?

Для выплавки чугуна нужны железная руда, флюсы и топливо.

Железные руды. доменный плавка чугун топливо

Железные руды представляют собой горные породы, содержащие железо, причем в таком количестве, что руду выгодно перерабатывать. В природе имеется около 20 минералов с высоким содержанием железа (23—72%). Железо в руде находится в виде окислов или солей, соединенных с горной породой. В зависимости от состояния, в котором находится железо, различают четыре вида железных руд.

Бурый железняк содержит Железо в виде водного окисла 2Fe₂O₃-3H₂O. Цвет руды желто-бурый. Эта руда бедна железом (от 35 до 60%), а серы и фосфора, наоборот, содержит больше, чем другие руды. Руда легко восстановима. Крупнейшие ее месторождения находятся на Урале (Бакальские руды с высоким содержанием железа, почти без примесей серы и фосфора). Большие запасы бурого железняка в порошкообразном виде имеются на Керченском полуострове. Известны также Тульское и Липецкое месторождения, руды Кольского полуострова, Тогайского железорудного бассейна.

Красный железняк содержит Железо в виде окисла Fe₂O₃. Руда красного цвета, содержание железа 55—60%. Это одна из лучших железных руд; она легко восстанавливается, содержит мало серы и фосфора. Богатейшие месторождения красного железняка находятся в Кривом Роге. Крупные запасы красного железняка имеются также в районе Курской магнитной аномалии.

Магнитный железняк содержит Железо в виде окисла Fe₃0₄. Руда черного цвета, содержание железа 45—70%. Это наиболее богатая железом руда. Она обладает магнитными свойствами, плотна, восстанавливается с трудом. Залегает главным образом на Урале — в горах Магнитная, Высокая, Благодать. Недавно разведаны месторождения магнитного железняка в Тогайской степи в Казахстане.

Шпатовый железняк содержит Железо в виде соли FeCO₃. Эту руду называют сидеритом, или болотной рудой. Она бедна железом (от 30 до 45%). Залежи шпатового железняка встречаются на Урале в районе Бакальского месторождения

Комплексные железные руды содержат, кроме железа, другие металлы (хром, никель, титан, ванадий), восставав-ливаемые в доменной плавке: хромиты содержат до 37,5% окиси хрома и применяются для выплавки феррохрома, а также в качестве огнеупорного материала; месторождения этих руд находятся на Урале и в Казахстане; хромоникелевые бурые железняки Орско-Халиловского месторождения содержат 35—45% железа; 1,3—1,5% хрома и 0,3—0,5% никеля; титаномагнетиты, содержащие 42—48% железа; 0,3—0,4/о ванадия и 4,5—13,0% двуокиси титана, добываются на Урале в Качканарском, Кусинском и Первоуральском месторождениях.

Марганцевые руды применяют, чтобы увеличить содержание марганца в выплавляемых чугунах. Эти руды мягки, рыхлы и гигроскопичны. Содержание окиси марганца в них 28— 40%. Наиболее важным месторождением богатых руд (содержание окиси марганца 48—52%) являются Чиатурское на Кавказе, Никопольское на Украине, у г. Ачинска в Сибири, Уралоазовское и Полуночное на Урале и в Казахстане.

В процессе доменной плавки, кроме железных и марганцевых руд, используют различные отходы: чугунный лом и стружку, загрязненный стальной лом.

Флюсы. флюсы применяют в доменной плавке для сплавления пустой породы и золы топлива в шлак. При работе доменных печей на коксе используют главным образом известняк (СаСO₃). Если в пустой породе находятся основные окислы, применяют кислые флюсы — кварциты.

Топливо. В качестве топлива для доменной плавки используют кокс. Металлургическое топливо должно иметь следующие качества: высокую теплотворную способность, прочность, пористость, невысокую зольность и минимальное содержание серы. Кокс отвечает почти всем этим требованиям. Теплота сгорания кокса 5600 ккал/кг [23 520 кдж/кг], поэтому на нем выплавляют 98% мирового чугуна. Кокс получают из каменного угля при нагревании его до 950—1000° без доступа воздуха в специальных печах. При этом из угля удаляются летучие вещества, а остающаяся часть спекается в твердый и пористый кокс.

Современная коксовая печь (батарея) состоит из 50—70 узких длинных камер емкостью 18—20 мв каждой из них выжигается 12—16 т кокса. Длительность процесса коксования около 12—15 часов. Из одной тонны угля можно получить 750—800 кг кокса и 300—350 м 3 высококалорийного газа.

Лучшим коксом считается кузнецкий, содержащий 0,5—0,6% серы и 12—13,5% золы.

Одним из наиболее эффективных частичных заменителей кокса в доменной плавке является природный газ. Стоимость его не превышает 2 руб. за 1000 л 3 , т. е. в десятки раз ниже стоимости кокса.

Применение природного газа способствует снижению себестоимости чугуна, так как экономится от 10 до 15% кокса.

Огнеупорные материалы. Эти материалы в металлургии используют при постройке плавильных и нагревательных печей, для футеровки ковшей, желобов и других приспособлений, необходимых при разливке металла, а также для всех устройств, подверженных действию высокой температуры. Огнеупорные материалы должны выдерживать высокие температуры; иметь механическую прочность и сопротивление истираемости; устойчивость при резких изменениях температуры без образования трещин и разрушения; химическую стойкость, т. е. сопротивляемость действию жидкого расплавленного металла, шлака и дымовых газов. По химическому составу огнеупорные материалы разделяются на кислые, полукислые, основные и нейтральные, что определяет их свойства и области применения.

К кислым огнеупорам относятся динас и кварц. динас (светло-желтого цвета) содержит 90—95% кремнезема (Si0₂). Огнеупорность его 1690-1730° С.

Полукислые огнеупоры изготовляют из кварцевых пород (кварца, песка, кварцита и др.). Содержание кремнезема обычно 70—80%. Применяют полукислые изделия вместо динаса в менее ответственных частях кладки, для футеровки вагранок и других печей.

К основным огнеупорам относятся магнезит, доломит и хромомагнезит. Магнезит — очень тугоплавкий огнеупор (коричневого цвета), его Огнеупорность 2000—2400° С. доломит обладает огнеупорностью 1900—2000° С. Магнезит и доломит широко применяют для футеровки плавильных и нагревательных печей. Хромомагнезитовый кирпич изготовляют из хромистого железняка и магнезита. Огнеупорность хромомагнезита 2000° С.

К нейтральным огнеупорным материалам относятся шамот и хромистый железняк. шамот получают из огнеупорных глин путем обжига. Огнеупорность его 1600—1700° С.

Подготовка руд к плавке. Добытые из земных недр руды предварительно подготовляют к плавке: дробят механическими методами на более или менее равномерные куски, сортируют, а также обжигают и обогащают. Это особенно необходимо при современном уровне развития доменной техники, когда газопроницаемость, устойчивый ход и, следовательно, показатели работы печей большого объема зависят от крупности, прочности, равномерности состава и от содержания железа в шихтовых материалах.

Топливо, используемое для доменной плавки, выполняет три основные функции:

· тепловую, являясь источником тепла при разогреве шихтовых материалов до высоких температур и обеспечивая интенсивное протекание химических реакций при плавлении чугуна и шлака;

· химическую, являясь основным химическим реагентом-восстановителем оксидов железа и других элементов;

· физическую, обеспечивая высокую газопроницаемость столба шихты.

Необходимо отметить, что физическая функция топлива предотвращает тяжелые расстройства хода доменной плавки. Поэтому топливо должно быть твердым, кусковым материалом, создающим высокую газопроницаемость в области высоких температур и обеспечивающим условия для противотока газа и расплавленных масс металла и шлака.

Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо. Оно занимает значительный объем доменной печи и большая его часть должна сохраниться твердой, кусковой и прочной до нижней части печи.

К топливу предъявляют следующие основные требования:

· высокая теплота сгорания и восстановительная способность в химических реакциях;

· достаточная прочность и термостойкость, чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве топлива и прохождении его через печь;

· неспекаемость в условиях доменного процесса;

· достаточная чистота по содержанию вредных примесей — серы и фосфора.

Кроме того, твердое топливо должно содержать мало золы, особенно кремнезема и глинозема, требующих применения флюсов.

Топлива естественных видов не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому для доменной плавки приходится специально изготовлять твердое топливо — древесный уголь, кокс.

1. Древесный уголь

Древесный уголь практически утратил свое значение из-за низкой прочности.

Кокс является единственным видом твердого топлива для доменной плавки во всей мировой практике черной металлургии.

Исходным сырьем для получения кокса являются особые сорта каменных углей, называемых коксующимися. Подготовка углей к коксованию заключается в дроблении, обогащении для снижения зольности и усреднении.

Кокс получают сухой перегонкой каменных углей в коксовых печах, представляющих собой узкую камеру шириной около 0,5 м, высотой 4 — 5 м и длиной около 15 м, объединенных в батареи. Число печей в батарее может достигать 60 — 70 штук.

Подготовленная шихта загружается в камеру через специальные отверстия. Обогрев печи осуществляется с боков через стенки огнеупорного кирпича путем сжигания газа в обогревательных простенках.

Для повышения температуры коксования воздух, используемый для сжигания газа и газ, предварительно нагревают до 900 — 1000 °С в регенераторах, расположенных под печами. Горение газа происходит в простенке, за счет этого осуществляется нагрев стенок двух соседних камер до температуры 1350 — 1400 °С. Продукты сгорания через обводной канал попадают в другой простенок, опускаются по нему, обогревая две другие стенки камер, и, проходя через регенераторы, нагревают их и уходят в дымовую трубу. Периодически происходит смена направления движения газов. Через нагретые регенераторы попадают воздух и газ, а через остывшие — продукты сгорания.

Загруженная шихта нагревается в камерах примерно до 1000 °С. Продолжительность коксования составляет около 15 часов. Затем полученный коксовый пирог специальным выталкивателем выталкивают из печи и тушат водой или инертными газами.

В процессе коксования из 1 тонны угольной шихты получают около 700 кг кокса, 300 — 350 м 3 коксового газа и около 20 кг смолы. Смола и газ являются ценным химическим сырьем, из которого производят лаки, краски, удобрения и другие продукты. Очищенный коксовый газ применяют в металлургических печах в качестве топлива.

В последнее время для экономии кокса при доменной плавке в печь вдувают природный газ, мазут, угольную пыль. Достоинством применения указанных видов топлива является то, что они способствуют улучшению процесса восстановления оксидов железа путем обогащения доменного газа реагентами-восстановителями (СО и Н₂).

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Продукт доменной плавки. Выплавка чугуна из железных руд. Доменная печь. Качественный уровень работы. Профиль рабочего пространства печи. Футеровка колошника. Теплообмен и показатели работы доменных печей. Технико-экономическая оценка доменных печей.

курсовая работа [30,1 K], добавлен 04.12.2008

История образования АО «Арселор Миттал Темиртау». Сырые материалы и технология доменной плавки, основные реакции данного процесса. Конструкция и футеровка доменных печей. Вдувание пылевидного топлива как средства интенсификации доменного процесса.

отчет по практике [527,6 K], добавлен 27.09.2012

Технология получения чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Расчет состава и количества колошникового газа и количества дутья. Материальный баланс доменной плавки, приход и расход тепла горения углерода кокса и природного газа.

курсовая работа [303,9 K], добавлен 30.12.2014

Материалы для электропечестроения. Огнеупорные растворы, бетоны, набивные массы и обмазки. Пористые огнеупоры. Теплоизоляционные и жароупорные материалы. Дешевизна и недефицитность. Материалы для нагревательных элементов электрических печей сопротивления.

реферат [66,1 K], добавлен 04.01.2009

Цель доменного производства. Топливо для доменной плавки и выбор расчета расхода воды. Увлажнение шихты, охлаждение доменных печей и арматуры воздухонагревателей. Назначение, количество и качество подаваемой воды. Баланс воды в оборотном цикле.

Топливо в доменном процессе

Топливо играет очень важную роль в доменном процессе. Оно не только служит источником тепла для расплавления руды, по участвует в химических реакциях, протекающих в доменной печи при производстве чугуна.

Качество топлива характеризуется его теплотворной способностью или калорийностью.

Теплотворной способностью топлива называется количество тепла, выделяемое при сжигании 1 кг твердого, жидкого или 1 м 3 газообразного топлива, выраженное в калориях.

Теплотворная способность разных видов топлива

мазута 9500—10 000 ккал/кг;

естественного газа — свыше 8000 ккал/м 3 ;

коксовального газа — 3500—4500 ккал/м 3 ;

доменного колошникового газа — 850—1000 ккал/м 3 ;

генераторного газа — 1200—1400 ккал/м 3 ,

торфа — 1500—3500 ккал/кг,

бурого угля — 2500—5000 ккал/кг;

антрацита— 6710 ккал/кг;

кокса — 6000—7000 ккал/кг.

Основным видом топлива при выплавке чугуна является кокс.

Кокс представляет собой один из видов твердого искусственного топлива. Он получается путем нагрева в особых коксовальных камерах без доступа воздуха специальных, так называемых коксующих простенков коксующихся каменных углей.

K₁; K₂; K₃ — рабочие камеры коксовальной печи; n1;

n₂ — обогревающие простенки устройства одной камеры коксовальной печи.

Коксовальные печи

Коксовальные печи, или, как их называют, коксовые батареи, содержат 50—70 камер (K₁; K₂; K₃), стенки которых выкладываются из огнеупорного динасового кирпича.

Газ, сгорая в простенках П_1, П₂, нагревает камеры.

Сущность физико-химических процессов, происходящих при коксовании, заключается в сухой перегонке каменного угля, начинающейся с температуры около 450°.

Выделяющиеся при этом газы вспучивают массу размягченного угля и образуют в ней поры и трещины.

Продукты сухой перегонки являются ценным материалом, используемым в самом доменном процессе (коксовальный газ), а также в различных отраслях промышленности.

При коксовании 1000 кг каменного угля получают в среднем:

750 кг кокса,

около 300 м 3 очищенного коксовального газа,

35 кг сырой каменноугольной смолы,

12 кг бензола

и 3,0 кг крепкого раствора аммиака.

Качество кокса определяется в основном его химическим составом и механическими свойствами.

Нежелательными примесями в коксе являются:

зола, содержание которой колеблется в пределах от 8 до 12—14%,

и сера (от 0,5 до 2,0%).

3ола — это нелетучее минеральное соединение, остающееся после сгорания какого-либо топлива.

Зола уменьшает прочность кокса и увеличивает количество образующегося шлака.

Присутствие серы ухудшает качество готового продукта — чугуна.

Механические свойства кокса

Механические свойства кокса выше, чем у других видов топлива. Наибольшее значение имеет для топлива сопротивление раздавливанию, у кокса оно приблизительно равно 150 кг/см 2 , даже для самых плохих сортов кокса оно не ниже 100 кг/см 2 .

При таком сопротивлении раздавливанию кокс выдерживает, не разрушаясь, вес шихтовых материалов даже в самых больших доменных печах.

Источник https://studopedia.ru/8_142503_toplivo-domennoy-plavki.html

Источник https://revolution.allbest.ru/manufacture/00489402_0.html

Источник http://www.conatem.ru/tehnologiya_metallov/toplivo-v-domennom-processe.html