Доменный процесс

	Загрузить архив:
	Файл: ref-26172.zip (57kb [zip], Скачиваний: 403) скачать

СОДЕРЖАНИЕ

    Введение                                                                                                             - 3

1. Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике.                 - 4

2. Распределение температур, удаление влаги и разложение карбонатов. - 6

3. Процессы восстановления.                                                                         - 7

4. Образование чугуна.                                                                                  - 13

5. Образование шлака и его свойства.                                                           - 14

6. Дутьё, процессы в горне и движение газов в печи.                                   - 16

7. Интенсификация доменного процесса.                                                      - 21

8. Продукты доменной плавки.                                                                      - 24

9. Управление процессом, контроль, автоматизация.                                  - 26

    Заключение                                                                                                 - 29

    Список литературы                                                                                    - 30

                                             

Введение

   Главным процессом производства стали и чугуна в настоящее время является доменный процесс, а наиважнейшим компонентом этого процесса является доменная печь.

   Доменная печь является мощным и высоко производительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество шихты и дутья.

   Основным топливом доменной плавки является кокс – кусковой пористый материал из спекшийся углеродистой массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха.

   Доме­нный процесс стараются вести так, чтобы обеспечивался ми­нимальный расход дефицитного и дорогостоящего кокса. В данном отчёте мы рассмотрим процессы, происходящие в доменной печи, и всё что с ними связано.

  

  

1. Загрузка шихты и распределение материалов на колошнике.

    В современной доменной печи продолжительность пребывания в ней материалов составляет 4-6 ч, а газов - около 3-12 с. Высокие показатели плавки могут быть получены при хо­рошем распределении газов по сечению печи. Только в этом случае газы в максимальной степени отдадут физическое те­пло материалам и наиболее полно будет использована их восстановительная способность. Естественно, что распреде­ление газового потока по сечению печи зависит от сопро­тивления столба шихты, через которую проходят газы. Учи­тывая то, что газы всегда движутся по зонам с меньшим со­противлением шихты, его в процессе загрузки регулируют, перераспределяя определенным образом порции агломерата и кокса по сечению печи с учетом того, что слой агломерата менее газопроницаем, чем слой кокса. Если этого не де­лать, то основная часть газов будет двигаться по зонам с малым сопротивлением шихты и покидать печь с высокой тем­пературой, Т.е. с недоиспользованной тепловой энергией и с не полностью использованной восстановительной способнос­тью. В то же время в участках с большим сопротивлением шихты газов будет проходить мало и шихта будет плохо на­гретой и восстановленной, что потребует дополнительного расхода тепла в нижней части печи, т.е. увеличения расхо­да кокса.

При загрузке, прежде всего, учитывают следующее: дутье поступает в печь у стен и сопротивление газам у гладких стен меньше, чем в объеме шихты, в связи с чем газы стре­мятся двигаться у стен. Поэтому целесообразно, чтобы у стен были толще слои менее газопроницаемого агломерата, а в центре - толще слои кокса, что способствует перераспре­делению газового потока к центру. По окружности же печи материалы должны располагаться равномерно.

На печах с двух конусным засыпным аппаратом шихту за­гружают в печь отдельными порциями - подачами. Подача включает несколько скипов (чаще четыре и иногда три, пять, шесть) и состоит из рудной части (в основном агло­мерата) и кокса, взятых в соотношении, вытекающем из рас­чета шихты. Подача может быть совместной, когда все вхо­дящие в нее скипы агломерата и кокса накапливают на боль­шом конусе путем опусканий малого конуса без его вращения и затем загружают в печь за одно опускание большого кону­са (пример ее обозначения: AAKt); раздельной, когда аг­ломерат загружают одним опусканием большого конуса, а кокс - вторым (AAtKKt) и расщепленной, когда подача за­гружается в два приема, но в каждой полуподаче есть и кокс и агломерат (AAK, KKAt). В приведенных обозначениях знак t означает опускание большого конуса, А - скип агло­мерата, К - скип кокса. (Порядок набора подачи и распре­деления подач по окружности колошника дан выше при описа­нии засыпного аппарата.)

Для управления распределением агломерата и кокса по сечению колошника применяют следующие приемы: изменение порядка набора скипов агломерата и кокса на большом кону­се, использование раздельных и расщепленных подач, изме­нение массы подачи, :ступенчатое изменение уровня за сыпана колошнике, неполное опускание большого конуса при выгрузке подачи в печь, установку подвижных плит у стен колошника.

При регулировании распределения шихты с помощью этих приемов учитывают следующие известные закономерности ­ведения сыпучих материалов:

- падающие с большого конуса материалы укладываются на колошнике с возвышением - гребнем; при расположении гребня у стены он имеет один скат, а на уда­лении от стены - два cката;

- в месте падения шихты (у гребня) скапливается больше мелочи, а крупные куски в значительной мере скатываются к подножию гребня, в связи с чем газопроницаемость шихты в зоне гребня ниже. При этом основная часть мелочи - это агломерат;

- на расположение гребня влияет уровень засыпи на колошнике, при снижении уровня засыпи от H₁ до H₃ гребень приближается к стенкам колошника;

- расположение гребня зависит от величины зазора между большим конусом и стенкой колошника; при малом зазоре гребень располагается у стен, при большом­ отдаляется от стен

- угол естественного откоса при свободной укладке падающего сверху кокса меньше, чем у агломерата, поэтому при ссыпании с большого конуса у стен печи получается более толстый слой агломерата, а в центре - кокса

- в связи с таким различием углов откоса уменьшение массы подачи ведет к снижению толщины слоя агломерата в центре печи и позволяет создать в центре зону без агломе­рата  с повышенной газопроницаемостью;

- неполное опускание большого конуса способствует пе­ремещению гребня материалов к стенкам колошника и попада­нию большего количества мелочи на периферию;

- при ссыпании подачи с большого конуса ее нижняя часть ложится у стен, образуя гребень, с которого в центр скатывается заключительная часть подачи, Т.е. в центр пе­чи в основном поступает материал из тех скипов подачи, которые на большой конус загружали последними. Соответст­венно при подаче агломератом вперед ААКК. в центр посту­пает заметно больше кокса, а при обратной подаче KKAAt ­больше агломерата. Изменение порядка загрузки на обратный является сильно действующим средством перераспределения

материалов по сечению колошника и применяется как крайняя мера; меньшее воздействие на распределение материалов оказывают промежуточные порядки загрузки типа KAKAt, AKKAt и др.

В целом регулирование распределения шихты по сечению печи с помощью двух конусного аппарата является сложной задачей и непрерывно совершенствуется. В последние годы на некоторых печах у стен колошника устанавливают подвиж­ные плиты, которые можно перемещать в горизонтальной плоскости и изменять угол их наклона. Падающие на плиты куски шихты отражаются и, изменяя положение плит, можно направлять шихту в заданные зоны колошника.

На печах с бесконусным загрузочным устройством шихту загружают в печь через два поочередно открываемых шлюзо­вых бункера  а в бункеры ее доставляют наклон­ным ленточным конвейером, на котором с определенными ин­тервалами уложены порции агломерата (или смеси агломерата и окатышей) и кокса.. В один бункер с ленты поступает одна порция агломерата или кокса; из бункера порцию выгружают на колошник печи по наклонному вращающемуся лотку, кото­рый за время выгрузки порции (60-140 с) совершает более десяти оборотов вокруг вертикальной оси.

Для характеристики этого способа загрузки чаще исполь­зуют не термин "подача", а цикл загрузки. Цикл за­грузки - это повторяющаяся совокупность располагаемых определенном порядке порций шихтовых материалов. Макси­мальная масса порций определяется объемом шлюзового бун­кера (50-80м³) засыпного устройства. Число порций в цикле может изменяться в пределах от 5-7 до 14 и более.

Применение вращающегося лотка и изменение угла его наклона в процессе выгрузки из шлюзового бункера каждой порции материала позволяет в очень широких пределах пере­распределять шихту по сечению колошника и регулировать толщину слоев агломерата и кокса, добиваясь рациональной ее укладки и эффективного использования газового потока.

Чтобы судить о газопроницаемости шихты в доменной печи и о том, насколько хорошо протекают теплообменные и хими­ческие процессы между шихтой и газами, желательно иметь данные о температуре и составе газа по сечению. Повышен­ное содержание СО² в газах и низкая температура указывают на полноту химических и теплообменных процессов в печи. Для интенсивной и экономичной работы печи желательно, чтобы содержание СО² на периферии и по оси печи было не­сколько пониженным, а на расстоянии около 1-2 м от стен печи - повышенным.

На новых печах для контроля температуры и отбора проб газов по сечению печи применяют вводимые через отверстия в кожухе и футеровке зонды, периодически перемещаемые от периферии к центру печи над уровнем шихты и в объеме ших­ты на расстоянии от 1,5 до 7-12 м ниже ее уровня. На всех печах контролируют уровень засыпи (верха материалов) на колошнике; общепринят контроль с помощью двух зондов ­вертикально перемещаемых штанг, пропущенных через отверс­тие в куполе печи. В рабочем положении нижний конец зонда находится на поверхности шихты, постепенно опускаясь вместе с ней, зонд связан с контрольно-измерительными приборами, отражающими изменение уровня шихты; при ссыпа­нии шихты с большого конуса зонды поднимают. Начинают применять новые бесконтактные методы измерения уровня, используя показания направленных на поверхность за сыпи инфракрасных, микроволновых и других датчиков.

2. Распределение температур, удаление влаги и разложение карбонатов.

Распределение температур в печи.

    Помимо тепла, вносимого нагретым дутьем; основным источ­ником тепла для нагрева шихты и газов, расплавления чугу­на и шлака, обеспечения процессов восстановления и ком­пенсации тепло потерь является: тепло, выделяющееся в верх­ней части горна при сгорании топлива (кокса и зачастую вводимых для замены части кокса природного газа, нефте­продуктов и угольной пыли). Горячие газообразные продукты сгорания движутся из горна вверх, отдавая тепло опуска­ющимся вниз холодным шихтовым материалам, нагревая их, асами охлаждаются. Поэтому по мере отдаления от горна кверху температура в печи понижается с 1400-1600 до200-350 ⁰С на выходе из колошника.

Вместе с тем, на одном и том же горизонте печи при поперечном сечении температура не является постоянной, меняется в довольно широких преде­лах. Это объясняется тем, что под­нимающиеся горячие газы движутся по сечению печи неравномерно; макси­мальное количество газов проходит в участках поперечного сечения с меньшим сопротивлением шихты и здесь наблюдаются наибольшие темпе­ратуры.

Удаление влаги

 Шихта, загружаемая в доменную печь, содержит гигроско­пическую влагу (например, в коксе 0,5-5 %), а иногда гид­ратную влагу. Гигроскопическая влага легко испаряется на колошнике, и для ее удаления не требуется дополнительного тепла, так как температура колошниковых газов выше темпе­ратуры испарения влаги.

Гидратная влага появляется лишь при загрузке в печь железных руд, она находится в соединении с Fе₂О_з (в буром железняке) или с Аl₂О_з (в каолинитах АI₂О_з, 2Si0₂ . . 2Н₂О). Эти соединения разлагаются при 400-1000 ⁰С с по­глощением тепла. Однако в связи с тем что в настоящее время сырые руды почти не используются, выделение гидрат­ной влаги заметного влияния на ход плавки не оказывает.

2.2 Разложение карбонатов

Карбонаты (углекислые соединения) могут поступать в до­менную печь В виде известняка СаСО₃ (иногда он содержит немного СаСО₃ МgСО₃), с карбонатной железной рудой(FеСО₃) и марганцевой рудой (МnСО₃). При нагреве карбона­ты разлагаются на СО₂ и оксид металла с поглощением при этом тепла.

В настоящее время сырье руды в доменные печи почти не загружают; известняк, необходимый для внесения в доменный шлак СаО, вводят в шихту агломерации и лишь в отдельных случаях для повышения основности шлака немного известняка добавляют в печь. Здесь известняк интенсивно разлагается при температурах и выше по реакции:

    СаСОз = СаО + СО2 - 178500 Дж.

Помимо затрат тепла на разложение, отрицательным фак­тором является то, что при температурах более 1000 ⁰С идет реакция СО₂ + С = 2СО с поглощением тепла и расходо­ванием углерода кокса.

Применение офлюсованного агломерата (т.е. полученного с добавкой известняка в шихту агломерации) и полное выве­дение известняка из доменной шихты позволяет экономить кокс. При агломерации процесс разложения известняка обес­печивается сжиганием низкосортного топлива (коксика, антрацитового штыба), а не дорогостоящего дефицитного ме­таллургического кокса.

3. Процессы восстановления

3.1. Восстановление железа

Железо поступает в доменную печь в виде оксидов: агломерат вносит Fе₂О. и немного Fе₂О₃ и FeO, окатыши – Fе₂О₃ иFе₂О. и железная руда, если ее применяют, - Fе₂О₃ иFе₂О, причем часть этих оксидов находится в виде хими­ческих соединений с другими оксидами.

Основная задача доменного процесса - обеспечение как можно более полного извлечения железа из этих оксидов пу­тем их восстановления. Восстановление заключается в отня­тии кислорода от оксида и получении из него элемента (или же оксида с меньшим содержанием кислорода). Его осуществ­ляют с помощью восстановителя - вещества, к которому пе­реходит кислород благодаря тому, что у восстановителя большее химическое сродство к кислороду, чем у восстанав­ливаемого элемента. Таким образом в процессе восстановле­ния одно вещество теряет кислород (восстанавливается), а другое приобретает его (окисляется). В общем виде процесс восстановления описывается уравнением:

                                           МО+В = М+ВО,          (1)

где М - восстанавливаемый металл; В - восстановитель;

МО - восстанавливаемый оксид; ВО - оксид восстановителя.

В соответствии с выявленными акад. А.А.Байковым зако­номерностями восстановление оксидов железа протекает сту­пенчато от высших к низшим:

                    Fе₂О₃ – Fе₂О - FeO - Fe.

Поскольку при температурах ниже 570 ⁰С оксид FeO неустойчив и разлагается (на Fе₂О и Fe), схема восста­новления при температурах ниже 570 ⁰С следующая:

                                      Fе₂О₃ – Fе₂О -  Fe.

Восстановителями оксидов железа в доменной печи служат углерод, оксид СО и водород. Восстановление углеродом принято называть прямым восстановлением, а газами - кос­венным. Реакции косвенного восстановления оксидом углеро­да следующие:

при температуре  > 570 ⁰С:

1) 3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₂О. + CO₂ + 53 740;

2) Fе₂О + СО = 3FeO + CO₂ + 36680;

3) FeO + СО = Fe + CO₂ + 16060;

при температуре < 570 ⁰С

     1) 3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₂О. + CO₂ + 53740;

2) 1/4Fе₂О. + СО = 3/4Fe + CO₂ + 2870.

Их характерной особенностью является то, что продуктом реакций всегда является COz, и то, что они идут без затрат тепла. Реакции прямого восстановления углеродом протекают с образованием Са и требуют значительных затрат тепла, например:

                  FeO + С = Fe + СО - 152670.

Необходимо отметить, что приведенная запись реакции пря­мого восстановления не отражает механизма ее протекания. Дело в том, что непосредственное взаимодействие углерода с твердыми оксидами ограничено, так как поверхность кон­такта между неровными кусками очень мала. Поэтому факти­чески прямое восстановление протекает через газовую фазу и состоит из двух стадий:

                   FeO + СО = Fe + CO₂,      CO₂ + С = 2СО,

что после суммирования дает итоговую реакцию прямого вос­становления

                    FeO + С = Fe + СО.

Таким образом главное, что отличает прямое восстанов­ление от косвенного, это расходование углерода, а это оз­начает, что с развитием реакций прямого восстановления сокращается количество углерода, достигающего фурм.

Косвенное восстановление водородом, содержание которо­го в атмосфере доменной печи может достигать 8-12 %, про­текает по следующим реакциям:

          3Fе₂О₃ + Н₂. = 2Fе₃О₄ + Н₂О - 4200;

        Fе₃О4 + Н₂ = 3FеО + H₂O - 62410; FеО + Н₂ = Fе + H₂0 - 27800.

         Сравнение равновесных характеристик этих реакций и реакций восстановления оксидом углерода показывает, что при температурах выше 810 ⁰C водород является более сильным восстановителем, чем CO, а при меньших, чем 810 ^ОС, температурах - более слабым, Т.е. при этих темпе­ратурах у водорода меньше химическое сродство к кислоро­ду, чем у CO. Вместе с тем опыт показал, что в доменной печи как при высоких (> 810 ^ОС), так и при более низких температурах водород является более энергичным восстано­вителем, чем CO. Добавка водорода и повышение его кон­центрации в газовой фазе ведет к ускорению процесса вос­становления и увеличению степени косвенного восстановле­ния железа. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, благодаря малым массе и размерам молекул водорода они более подвижны, чем СО, быстрее диффундируют в поры агло­мерата и проникают в более мелкие поры и трещины, куда молекулы со проникнуть не могут, - все это заметно увели­чивает поверхность взаимодействия. Во-вторых, известно, что молекулы Н₂ многократно участвуют в процессе восста­новления. Эта особенность водорода как восстановителя связана с тем, что при температурах доменного процесса и наличии избытка углерода и СО водяные пары существовать в печи не могут. В зоне высоких температур (850-1000 ⁰С и более) пары Н₂0 разлагаются углеродом: Н₂О + С = Н₂ + СО; при температурах ниже 810⁰С идет реакция: Н₂О + СО =Н₂+ С0₂. Соответственно Н₂О, образующаяся при реакциях вос­становления водородом, тут же взаимодействует с углеродом кокса, либо с СО по приведенным выше реакциям и вновь пе­реходит в водород. Этот образовавшийся водород вновь ре­агирует с оксидами железа и так несколько раз по мере подъема от горна до колошника. Иначе говоря, происходит регенерация водорода с его повторным участием в восста­новлении. Сам же водород Н процессе восстановления явля­ется как бы промежуточным реагентом или переносчиком кис­лорода от оксидов железа к СО или углероду и в конечном счете к газовой фазе печи. При этом количество водорода в газовой фазе может не изменяться.

В целом ход процесса восстановления железа в доменной печи можно охарактеризовать следующим образом. Во всем объеме печи, начиная от верха колошника до участков с температурой 900- 1000 ^ОС, протекают процессы косвенного восстановления газом СО и отчасти водородом. В этой зоне косвенного восстановления все высшие оксиды железа успе­вают восстановиться до FеО, а часть FеО восстанавливается до железа, причем частицы восстановленного железа обнару­живаются уже в колошнике. Вместе с тем, часть FеО восста­навливается до железа прямым путем в зоне высоких темпе­ратур (> 900-1000⁰C). При этом в зонах с температурами свыше 1100-1250 ^ОС, когда сформировался шлак, железо вос­станавливается прямым путем из жидкого шлака при стекании его капель вниз между кусками кокса. Железо при восстано­влении получается в твердом виде; частицы железа, восста­новившиеся из материалов, находящихся в твердом виде, имеют форму губки.

В доменной печи железо восстанавливается почти пол­ностью. Степень восстановления железа  составляет 0,99-0,998, а это означает, что 99-99,8 % железа перехо­дит в чугун и лишь 0,2-1,0 % переходит в шлак.

3.2. Особенности косвенного восстановления.

 Доме­нный процесс стараются вести так, чтобы обеспечивался ми­нимальный расход дефицитного и дорогостоящего кокса. На­ряду с рядом других факторов большое влияние на расход кокса оказывает степень развития прямого и косвенного восстановления. Сравнивая эти способы восстановления, от­мечают следующее. Отрицательной стороной прямого восста­новления является то, что оно протекает с затратой тепла; кроме того увеличение степени прямого восстановления при­водит к снижению количества кокса, достигающего фурм и, следовательно, к уменьшению прихода тепла в горне. Реак­ции косвенного восстановления не требуют затрат тепла. Однако косвенное восстановление требует значительно боль­шего расхода углерода, чем прямое. Причина в том, что для протекания реакций косвенного восстановления необходимо определенное соотношение между СО и СО₂ В газовой фазе. Например, при 700 ос восстановление железа из FеО может начаться, если газ содержит около 60 % СО и 40 % СО₂, Т.е. при C0₂ = 1,5. Следовательно, на один атом железа необходимо 2,5атома углерода (1,5 в виде СО и 1 в виде СО₂), полученных в результате сжигания кокса, в то время как по реакции прямого восстановления  FеО+С = Fе+СО на один атом железа расходуется один атом углерода, вносимого коксом.

Должно существовать оптимальное с точки зрения расхода углерода соотношение между прямым и косвенным восстанов­лением. Для оценки доли прямого или косвенного восстанов­ления используют ряд показателей. Предложенный акад. М.А.Павловым показатель - степень прямого восстановления обозначается величиной d и показывает часть железа в процентах или долях единицы, восстановленного из FеО пря­мым путем. При этом, если прямым путем восстанавливается до Ре, то косвенным восстанавливается (100 - d) %.

В настоящее время степень прямого восстановления на печах, работающих без применения природного газа или ма­зута, составляет 40-60 %, а на печах, в которых применяют углеводородные добавки, 20-40 %. Наивыгоднейшая степень прямого восстановления, при которой достигается минималь­ный расход кокса, меньше приведенных величин. Фактические значения d обычно выше оптимальных, и поэтому необходимо принимать все меры для улучшения условий восстановления шихты газами, Т.е. для повышения степени косвенного вос­становления (вдувание восстановительных газов, улучшение распределения газов в печи, подготовка шихты), что обес­печит снижение расхода кокса.

Степень прямого восстановления железа получается ниже у печей, работающих с пониженной температурой дутья и на более бедной шихте. Однако эти факторы приводят к повыше­нию расхода кокса.

3.3. Восстановление марганца и выплавка марганцовистыx чугунов

При выплавке передельных чугунов марганец в доменную печь попадает в составе агломерата и иногда в составе добав­ляемых небольших количеств марганцевых руд, а при выплав­ке ферромарганца в составе марганцевого, агломерата или марганцевых руд.

Марганец в рудах находится главным образом в виде МnО2, Мn20з и МnЭО4,а в агломерате в виде силикатов марганца МnО  Si02.

Восстановление марганца из оксидов протекает ступенча­то от высших оксидов к низшим:

     МnО₂ -- Мn₂О_з -- Мn_ЗО₄ -- МnО - Мn.

Таким образом, для более полного восстановления мар­ганца необходимы высокие температуры в горне, увеличение поступления тепла в горн и повышенная основность шлака.

Восстановительные условия доменной плавки таковы, что восстанавливается не весь марганец, внесенный шихтой. При выплавке передельных чугунов степень восстановления мар­ганца составляет 55-65 %, остальная часть марганца остается в шлаке в виде МnО. Из сказанного следует, что содержание марганца в чугуне будет в первую очередь опре­деляться его содержанием в шихтовых материалах.

Еще в недавнее время выплавляли передельные чугуны с содержанием марганца 0,7-1,2 %, а десятилетия назад – с содержанием марганца до 11,75-3,5 %. Для получения столь высокого содержания марганца в чугуне требовалось вводить в доменную печь или в шихту агломерации марганцевую руду. В настоящее время в связи с дефицитностью марганца и мар­ганцевых руд, а также в связи с тем, что при выплавке стали большая часть содержащегося в передельном чугуне марганца окисляется и безвозвратно теряется в виде МnО со сливаемым из сталеплавильных печей шлаком, стали: выплав­лять мало марганцовистые чугуны. При этом в доменную шихту марганцевую руду, как правило, не добавляют, и чугун содержит столько марганца (от 0,1 до 0,3-0,5 %), сколько его восстановится из оксидов марганца, содержавшихся в железных рудах в качестве примесей. Переход на выплавку мало марганцовистых чугунов позволил экономить не только марганец, но и кокс за счет уменьшения его расхода на прямое восстановление марганца и на проплавление пустой породы марганцевых руд.

3.4. Восстановление кремния и выплавка кремнистых чугунов.

Кремний присутствует в рудах главным образом в виде крем­незема, а в агломерате - в виде силикатов железа и каль­ция и силикатов промежуточного состава – оливинов СаО₂ FeO Si0₂. Сродство кремния к кислороду очень велико, поэтому он может восстанавливаться в печи только прямым путем по следующей реакции:

Si0₂ + 2С = Si + 2СО - 636760 Дж.

Точнее, эта реакция восстановления идет в две стадии с образованием промежуточного соединения - монооксида крем­ния SiO (последний является при высоких температурах):

Si0₂ + С - SiO + СО -SiO + С - Si + СО

Si0₂ + 2С = Si + 2СО.

Термодинамический анализ показывает, что для протека­ния этой реакции в направлении слева направо нужна высо­кая температура - около 1500 ⁰C. Вместе с тем установле­но, что в доменной печи кремний восстанавливается при более низкой температуре. Это связано с присутствием же­леза: с твердым железом кремний образует силицид FeSi, а в жидком он растворяется; эти процессы протекают с выде­лением тепла и выводят кремний из зоны реакции, способст­вуя сдвигу равновесия реакции восстановления вправо. Так, лабораторные опыты показали, что реакция восстановления твердого Si0₂ с участием железа Si0₂+ 2С + Ре= FeSi + 2СО получает заметное развитие при 1200-1300 ⁰С, а эта же ре­акция восстановления Si0₂ из шлака - при 1400-1550 ⁰С.

В доменной печи при температурах 1200-1250 ⁰С уже сфор­мирован жидкий шлак, и поэтому основная часть кремния во­сстанавливается прямым путем из Si0₂, находящегося в шла­ке при стекании капель шлака в горн между кусками кокса.

Условиями, благоприятствующими восстановлению кремния, являются высокая температура в районе горна, а также кис­лые шлаки, т.е. содержащие мало СаО, так как СаО связы­вает Si0² в силикаты, затрудняя восстановление Si0². По­скольку В доменной печи основность шлака, определяемая основностью используемого флюсованного агломерата, является относительно постоянной, количество восстанов­ленного кремния зависит прежде всего от температуры в горне и прилегающем к нему объеме печи.

При выплавке передельного чугуна восстанавливается 2-8 % кремния шихты (остальной остается в шлаке в виде Si0₂), и чугун содержит от 0,5 до 1,0 и иногда до 1,2 % кремния. Изменение содержания кремния в этих пределах в выпускаемом чугуне служит показателем теплового состояния горна; уменьшение содержания кремния в чугуне свидетель­ствует о снижении температур в горне; повышение темпера­туры в горне и, соответственно, температуры чугуна вызы­вают увеличение содержания кремния в чугуне.

3.5. Выплавка литейного чугуна и ферросилиция.

 Иногда в до­менных печах выплавляют литейный чугун, содержащий 1,2-3,75 % кремния. Перевод печи с выплавки передельного чугуна на выплавку литейного заключается в увеличении расхода кокса на 10-20 % по сравнению с обычным. После

того как эти увеличенные порции кокса при движении сверху достигают фурм, температура в горне повышается, вызывая увеличение степени восстановления кремния из шихты, которая достигает 10-25 % (вместо 2-8 % при выплавке пере­дельного чугуна). При этом выпускаемый чугун будет содер­жать повышенное количество кремния.

Ранее в доменных печах выплавляли бедный ферросилиций, содержавший 9-15 % кремния; при этом расходовали 1-1,3 т кокса на 1 т сплава и  450 кг металлодобавок. В настоя­щее время в связи с не экономичностью и, в первую очередь, в связи с большим расходом кокса, эту выплавку прекра­тили. Более экономична выплавка ферросилиция, содержащего 45-75 % кремния, в ферросплавных электропечах.

3.6. Восстановление фосфора

Фосфор поступает в доменную печь в основном с агломератом и железными рудами в виде фосфата 3СаО P₂O₃ и иногда 3РеО + P₂O₃ + 8H₂O. Фосфат 3СаО P₂O₃ интенсивно вос­станавливается при температурах 1000-1200 ос и более с большой затратой тепла:

3СаО + P₂O₃ + 5С = 2Р + 3СаО + 5СО - 1634000 Дж,

причем часть его восстанавливается из шлака.

     Фосфат железа менее прочен и восстанавливается 900-1000 ⁰C газом СО и частично углеродом, например:

2(3РеО + P₂O₃) + 16СО = 3Fe₂P + Р + 16CO₂.

Образующиеся при этих реакциях фосфор и фосфид Fe₂P активно растворяются в железе, и практически весь фосфор шихты переходит в чугун. Таким образом, единственным спо­собом получения чугуна с низким содержанием фосфора яв­ляется использование чистых по фосфору рудных материалов.

Передельные чугуны содержат менее 0,15 - 0,30 % фосфо­ра; иногда используют высокофосфористые железные руды, получая чугуны с содержанием фосфора 1,0- 2,0 %.

3.6. Восстановление других элементов.

Представление о возможности восстановления элементов, входящих в состав доменной шихты, может быть получено на основании термодинамических данных, характеризующих проч­ность их оксидов, т.е. величину их химического сродства к кислороду. Элементы доменной шихты по возрастанию сродст­ва к кислороду располагаются в следующем порядке: Сu, As, Ni, Ре, Р, Zn, Мn, Y, Cr, Si, Ti, Al, Mg, Са. Соответст­венно, степень восстановления элементов тем меньше, чем правее стоит элемент в приведенном ряду.

Такие элементы как никель, медь, мышьяк, подобно желе­зу и фосфору, почти целиком восстанавливаются в печи и переходят в чугун.

Ванадий и хром восстанавливаются аналогично марганцу­ соответственно на 70-80 и на 80-90 %, а титан - аналогич­но кремнию. Степень восстановления титана ниже, чем крем­ния. Алюминий, магний и кальций в доменной печи не вос­станавливаются.

Особо следует отметить поведение цинка. Он содержится в некоторых железных рудах, а также попадает в доменные печи в составе добавляемых в шихту железосодержащих отходов - конвертерных шламов, колошников и пыли и др. посту­пая в печь в основном в виде ZnO, он легко восстанавли­вается при температурах > 950 ⁰С: ZnO + С = Zn + СО и, испаряясь, поднимается с газами вверх. В зонах с умерен­ными температурами Zn вновь окисляется до ZnO, реагируя с CO₂ и оксидами железа. Часть ZnO (10-30%) уносится из печи доменным газом; часть в смеси с сажистым углеродом осаждается на стенках печи, образуя большие настыли; часть осаждается в швах и порах футеровки, вызывая увели­чение ее объема и возможность разрыва кожуха печи; часть осаждается на кусках шихты, и опускается вниз, где вновь восстанавливается, создавая циркуляцию цинка в печи, спо­собствуя его накоплению с увеличением вредных отложений.

4. Образование чугуна

Восстанавливаемое во всем объеме печи железо получается в твердом виде, поскольку температура его расплавления (1535 ⁰С) выше температур, имеющихся в доменной печи; при этом восстановленное из твердых кусков шихты железо получается в виде твердой губки. В условиях избытка углерода и СО губчатое железо растворяет углерод (науглероживает­ся). Этот процесс получает заметное развитие уже при тем­пературах 400-600 ⁰С и заключается в том, что на поверх­ности губчатого железа, являющегося катализатором, про­исходит распад СО (2СО = С +СО2) и выделяющийся сажис­тый углерод переходит в железо, образуя раствор Ре + С = [С].

По мере науглероживания температура плавления железа понижается (так температура плавления железа, содержащего 4,3 % С равна 1130 ^ОС), а само оно опускается в зоны с более высокими температурами. В определенный момент, когда температура плавления науглероженного железа стано­вится равной температуре в печи, железо плавится (пример­но при содержании углерода 2-2,5 % и температуре около1200 ^ОС) и образуются капли жидкого металла, которые сте­кают в горн между кусками кокса. В жидком виде железо науглероживается еще более интенсивно - при контакте ка­пель с раскаленным коксом и при контакте расплава с кок­сом в горне, происходит растворение углерода кокса в ме­талле.

В движущиеся капли металла и отчасти в еще твердое же­лезо в небольших количествах переходят на разных горизон­тах печи другие восстановленные элементы (кремний, марга­нец, фосфор и в некоторых случаях ванадий, мышьяк, хром, никель, медь), а также сера. Этот сплав железа с углеро­дом и другими элементами (чугун) скапливается в горне.

Таким образом, формирование чугуна из твердого восста­новленного железа заключается в его науглероживании, рас­плавлении и растворении в нем других восстановленных эле­ментов (обычно это марганец, кремний, фосфор и сера).

Окончательное содержание углерода в чугуне устанавли­вается в горне; оно не поддается регулированию и зависит от температуры чугуна и его состава.

Марганец и хром, как карбидообразующие элементы, спо­собствуют повышению содержания углерода в чугуне.

Кремний, фосфор и сера образуют с железом силициды, фосфиды и сульфиды, которые, являясь более прочными со­единениями, чем карбид железа, разрушают его, способствуя тем самым снижению содержания углерода в чугуне. Увеличе­ние температуры чугуна вызывает повышение содержания уг­лерода в нем. Применительно к современной доменной плавке примерное содержание углерода в чугуне (%) можно опреде­лить по следующей формуле:

                     С = 4,8 + 0,03Мо - 0,27Si - 0,32Р - 0,032S.

В передельных чугунах содержание углерода обычно сос­тавляет 4,4-4,8 %, в литейном 3,5-4 %, в ферромарганце- 7 %.  Температура чугуна в горне равна 1400-1500 ^ОС.

5. Образование шлака и его свойства

Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, в который переходят не восстановившиеся оксиды элементов, т.е. СаО, MgO, АI₂О₃, Si0₂ и небольшое количество МnО и FеО, причем СаО специально добавляют к железорудной шихте для получе­ния жидкого шлака.

Наведение в печи жидкого текучего шлака необходимо прежде всего для выведения из печи составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окатышами, а также золы кокса. Основу пустой породы большинства руд так же, как и основу золы кокса, составляют Si0₂ и А1₂О₃, температура плавления которых (соответственно 1710 и 2050 ⁰С) выше температур в доменной печи, в связи с чем они в печи расплавиться не могут. Поскольку доменная печь не приспособлена для удаления твердых продуктов плавки, необходимо перевести оксид Si0₂ и А1₂О₃ в жидкую фазу, что достигается добавкой в шихту агломерации флюса ­известняка, вносящего оксид СаО, который, взаимодействуя с Si0₂ и А1₂О₃, образует легкоплавкие химические соедине­ния. Последние при температурах доменного процесса расп­лавляются, переводя пустую породу и золу кокса в жидкую фазу - шлак, который периодически выпускают через летки, освобождая печь от непрерывно поступающих сверху невос­станавливаемых оксидов. Другой важной функцией, шлака яв­ляется десульфурация.

5.1. Образование шлака.

Основными стадиями сложного процес­са шлакообразования в доменной печи являются: нагрев и размягчение железосодержащей части шихты, ее плавление, стекание в горн первичного шлака с изменением его соста­ва, присоединение к нему золы кокса, формирование оконча­тельного состава в горне.

При опускании в печи шихтовых материалов сохраняется их слоевое расположение (чередование слоев агломерата и кокса), и материалы остаются твердыми до поступления в участки печи с температурами около 1000.-1100 ⁰С, где на­чинается пластичная зона.

В верхних наружных слоях этой зоны происходит размягчение и переход в плас­тичное состояние железосодержащих материалов со слипанием отдельных кусков в : скопления; в толще зоны, где темпера­тура выше, начинается и протекает плавление, а ниже нее(где температуры составляют около 1200-1250 ⁰С) оксидная фаза и восстановленное железо находятся в расплавленном состоянии и твердым остается лишь кокс. Эта зона пластич­ности или зона первичного шлакообразования может быть разной по форме и толщине и располагаться на разной высо­те в зависимости от распределения шихтовых материалов и газового потока по сечению печи, расхода кокса и теплово­го состояния горна и печи, расхода дутья, состава и проч­ности агломерата и его восстановимости и ряда других фак­торов.

Формирующаяся ниже зоны пластичности жидкая оксидная фаза - расплавленные пустая порода агломерата и окатышей и не восстановившиеся оксиды FeO и МnО - образует первич­ный шлак. По составу он отличается от конечного шлака в горне, в первую очередь более высоким содержанием FеО (до5-15 %) и МnО. Первичный шлак каплями стекает в горн че­рез слой кокса ("коксовую осадку"), при этом изменяется его состав. В результате прямого восстановления железа и марганца в шлаке уменьшается содержание FеО и МnО, и он становится более тугоплавким. На горизонте фурм к шлаку присоединяется зола кокса (в основном SiO₂ и Аl₂О₃), Придвижении капель (особенно в горне) в шлак переходит сера. В районе горна в результате восстановления кремния не­сколько уменьшается количество SiO₂в шлаке.

Конечный шлак на 85-95 % состоит из SiO₂, Аl₂О₃ и СаО и содержит, %: 38-42 SiO₂, 38-48 СаО, 6-20 Аl₂О₃, 2-12 MgO,  0-26 РеО, 1-2 МnО и 0,6-2,5 серы (в основном в виде CaS). Температура шлака несколько выше температуры чугуна и составляет 1400-1560 ⁰C.

Состав шлака, его физические свойства, основность и количество оказывают существенное влияние на ход доменной плавки и показатели работы печи.

Поскольку содержание AI₂O₃ в доменных шлаках не превы­шает 20 %, практический интерес представляет часть диа­граммы, примыкающая к стороне CaO-SiО₂ треугольника. Как видно из диаграммы, наиболее высокие температуры плавле­ния у чистых оксидов (СаО и Si0₂), наиболее приемлемые (низкие) у шлаков, содержащих около 42-65 % СаО.

Однако для выбора состава шлака недостаточно знать эти температуры, так как некоторые из сплавов становятся хо­рошо подвижными при температуре, значительно превышающей температуру плавления. Например, самый легкоплавкий сплав - СаО AI₂O₃ . 2Si0₂, содержащий примерно 62 % Si0₂, 14 % Al₂O₃ и 24 % СаО, температура плавления кото­рого равна 1170 ⁰C, приобретает хорошую текучесть лишь при нагреве до 1600 ⁰C. Поэтому необходимо учитывать дан­ные о вязкости шлаков.

Вязкость - это внутреннее трение, препятствующее течению жидкости; она является величиной, обратной текучести. Единицей вязкости является Па*с (1 Па*с = 1 Н *с/м² = 1 пуаз),      Т.е.   за      единицу     вяз­кости 1 Па*с принимают вязкость такой жидкости, в кото­рой сила в 1 Н, приложенная к площади жидкости в 1 м²

(т.е. 1 Па), находящейся на расстоянии 1 м от другой та­кой же площади, вызывает перемещение жидкости со ско­ростью 1 м/с. Вязкость существенно понижается с ростом температуры.

Для нормальной работы доменных печей вязкость шлака должна составлять 0,3-0,6 Па*с.

Основность шлаков явля­ется их важной технологи­ческой характеристикой. Ее выражают величиной отноше­ния содержания основных ок­сидов в шлаке к содержанию кислотных: CaO/Si0_2.        

6. Дутьё, процессы в горне и движение газов в печи.

6.1. Дутье.

Дутьем служит атмосферный воздух и зачастую воздух, обо­гащенный кислородом. Температура дутья в настоящее время на разных печах находится в пределах 1100-1300 ⁰С, давле­ние перед фурмами достигает 0,4-0,5 МПа, расход дутья. На хорошо работающих печах составляет 1,6t-2,3 объема печи в минуту. Его всегда стараются поддерживать максимальным, поскольку при увеличении минут расхода дутью больше сгорает кокса и проплавляется шихты в единицу времени, т.е. возрастает производительность печи. В указанных пре­делах для каждой доменной печи в ходе эксплуатации нахо­дят такой допустимый расход дутья, при котором сохраняет­ся равный сход шихты и после превышения которого не нару­шается, т.е. начинаются повисания шихты, а также возни­кают локальные продувы шихты газами, т.е. их движение по отдельным каналам в шихте (канальный ход газов). На печах объемом 5000 м³ расход дутья достигает 8500 м³/мин. .

Дутье в доменные печи подают из воздуходувной станции от расположенных в ней воздуходувных машин (компрессоров) с приводам в виде паровой турбины и иногда с электроприводом, создающими давление дутья на выходе 0,45-0,59 МПа. При обогащении дутья кислородом последний вводят во входной патрубок воздуходувной машины.

Дутье проходит воздухонагреватели, кольцевой воздухо­провод и из него поступает в верхнюю часть горна через равномерно расположенные по окружности горна 16-40 фурм. Выходной диаметр фурм составляет 140-190 мм, весов фурм (расстояние от конца фурмы до футеровки) 300-500 мм, ско­рость дутья на выходе из фурмы 180-240 м/мин при расходе дутья на одну фурму 170-230 м³/мин.

6.2. Процессы в горне.

В горне доменной печи встречаются и взаимодействуют два потока: опускающаяся шихта и горновые газы. Сверху в горн опускаются твердые, нагретые до высокой температуры куски кокса, а также жидкий чугун и шлак. Извне через фурмы, расположенные в верхней части горна, поступает нагретое дутье и обычно еще углеводородсодержащие добавки. Вблизи фурм происходит процесс сжигания углерода топлива и угле­водородов природного газа или мазута. Получающиеся горно­вые газы поднимаются :вверх навстречу опускающейся шихте.

     Основным и важнейшим процессом в горне является сжигание углерода кокса, которое обеспечивает:

а) выделение тепла, необходимого для нагрева шихты и газов, обеспечения процессов восстановления, расплавления чугуна и шлака и компенсации теплопотерь печи;

     б) образование газа-восстановителя СО;

в) образование свободного объема вследствие превраще­ния твердых кусков кокса в газ, что способствует движению шихты в печи сверху вниз.

Окисление углерода кокса происходит в сравнительно не­больших по объему участках горна вблизи фурм, называемых окислительными зонами. Большая кинетическая энергия струй дутья вызывает циркуляцию кусков кокса пе­ред фурмами, и они сгорают в окислительной зоне во взве­шенном состоянии. Во внутренней, прилегающей к фурме час­ти такой зоны, углерод, реагируя с кислородом, окисляется до С0₂; в периферийной (углекис­лотной) части зоны, где кислород уже израсходован и содержится лишь С0₂, углерод окисляется, реагируя с С0₂, образуя при этом СО. Участки исчезновения С0₂ представ­ляют собой границу окислительной зоны. Таким образом, ко­нечным продуктом окисления углерода является СО, и про­цесс окисления идет по следующей схеме:

                 С + 0₂ = С0₂ + 402190 С0₂ + С = 2СО - 166310

                 2С + 0₂ = 2СО + 235880 Дж или 9830 кДж/кг *С.

Изменение состава газа в окислительной зоне по мере отдаления от фурм

Размеры окислительной зоны как вдоль оси воздушной фурмы, так и вдоль оси печи возрастают с повышением коли­чества воздуха или, точнее, с ростом кинетической энергии струи дутья и сокращаются при увеличении давления дутья, повышении температуры дутья и концентрации кислорода в дутье. На больших печах протяженность окислительной зоны вдоль оси фурм достигает 1,7-1,9 м. Продукт сгорания кокса - горновой газ состоит, в ос­новном, из СО и N₂. Его состав можно легко рассчитать.

Если в горении участвует сухой воздух, содержащий 79 % N₂ (объемн.) и 21 % 02 (т.е. N₂: 02 = 3,76), то реакцию можно записать так:

                           2С + 0₂ + 3,76N₂ = 2СО + 3,76N₂.

При воздушном дутье температура в центре окислительной зоны, где идут экзотермические реакции окисления углерода до С0₂, достигает 1900-2000 ⁰С, а на границе окислитель­ной зоны снижается до 1650-1600 ⁰С вследствие протекания эндотермических реакций С0₂ + С = 2СО. За пределами окис­лительной зоны по мере отдаления от нее температура сни­жается, так как протекают реакции прямого восстановления, идущие с поглощением тепла; в центральной часть горна температура чаще всего находится в пределах 1400-1500 ⁰С.

Добавки к дутью кислорода, природного газа и влаги из­меняют температурное состояние горна. Увеличение коли­чества влаги в дутье вызывает снижение температур в зоне горения и в горне поскольку, как отмечалось, при попада­нии в горн Н₂О разлагается углеродом с поглощением тепла. Влияние кислорода и природного газа можно оценить, используя формулу, по которой рассчитывают теоретическую температуру горения топлива.

Дутье всегда содержит немного влаги, которая в горне разлагается углеродом: HО + С = СО + Н₂ - 124870 Дж. По­этому в горновом газе всегда есть немного водорода; на­пример, при содержании в дутье влаги в количестве 1 % (объем.) (8,035 г/м²) в горновом газе находится 0,8 % Н₂ и соответственно снижается содержание азота и оксида уг­лерода.

При вдувании в горн природного газа он не полностью сгорает по реакции: СН₄ + 0,502 = СО + 2Н₂ + 37250 Дж и в горновом газе заметно возрастает содержание Н₂ (до 8-15 % и более). Заметно увеличивается также объем горновых га­зов потому, что при сгорании метана на единицу углерода образуются три моля продуктов горения (СО и 2Н₂), а при сгорании кокса по реакции С + 0,502 = СО лишь один моль СО; объем продуктов сгорания на единицу углерода возрас­тает в 1,7 раз. Вдувание в горн мазута, состоящего как и природный газ из углеводородов, характеризуется теми же процессами, что и выдувание природного газа.

При добавке кислорода к дутью объем продуктов сгорания V, как ранее отмечалось, уменьшается, что В соответствии с приведенной выше формулой вызывает повышение ТТ и тем­ператур в горне. Вдувание природного газа ведет  к увеличению объема продуктов сгорания V, и соответ­ственно, к понижению ТТ и температур в горне; это сниже­ние вызывается также тем, что при сгорании природного газа на один моль сгорающего углерода выделяется меньше тепла (37250 Дж), чем при сгорании углерода кокса(117940 Дж).

Во всех случаях температура газов в центре горна не должна быть ниже 1400-1450 ⁰С, так как при более низких температурах заметно понижается температура продуктов

плавки и ухудшается десульфурация чугуна.

Таким образом, добавка влаги к дутью вызывает снижение температуры горновых газов и небольшое увеличение содержания в них водорода; обогащение дутья кислородом уменьшение объема гopновых газов, повышение их температу­ры и содержания в них СО; вдувание природного газа, так же как и других углеводородов, - увеличение объема горновых газов, снижение их температуры и существенное их обо­гащение водородом. Эти изменения оказывают как положи­тельное, так и отрицательное влияние на доменный процесс.

6.3 . Движение газов в печи и изменение их температуры, состава, количества и давления.

Из предыдущего раздела следует, что в горне образуется газ, состоящий из оксида углерода, водорода и азота, на­гретый до высокой температуры и характеризующийся значи­тельным давлением. При движении к колошнику этот газ отдает тепло движущимся навстречу материалам и охлаждает­ся, при этом давление его вследствие преодоления сопро­тивления шихты понижается, а химический состав в резуль­тате процессов восстановления непрерывно изменяется и ко­личество его увеличивается. Эти физические изменения при­водят к понижению температуры газа примерно с 1600 до 250-300 ^ОС, давления на 0,1-0,2 МПа, к снижению содержа­ния СО и Н₂ и повышению содержания СО₂. Ниже эти процессы рассмотрены подробнее.

Распределение газов по сечению печи. Время пребывания газов в печи составляет 3-12 с. Они движутся по сечению печи неравномерно. Естественно стремление газов двигаться вверх преимущественно над зонами горения, т.е. у стен пе­чи, но в целом распределение газового потока определяется величиной сопротивления слоя шихты. Наибольшие количество газов и скорость их движения наблюдаются в участках с меньшим сопротивлением шихты, как правило там, где в шихте выше доля кокса и меньше рудная нагрузка (доля агломе­рата). Участки, где газы движутся с большими скоростями, характеризуются повышенными температурами и пониженным содержанием СО₂ в газе; в связи с этим о распределении газового потока по сечению печи судят по результатам за­меров температуры газа и содержания в нем СО₂, производимых В колошнике над уровнем шихты, а также в слое шихты на расстоянии до:7-12 м от уровня засыпки.

Замеры ведут с помощью вводимых через отверстия в ко­жухе и футеровке печи и периодически перемещаемых от пе­риферии к оси печи зондов; зонд представляет собой водо­охлаждаемую трубу, в которой размещены термопара и трубка для отвода пробы газа; Характерные случаи распределения газового потока в шахте печи. Перемещение зоны пластичности вверх уменьшает объем печи, в котором идут процессы кос­венного восстановления оксидов железа, что, как правило, вызывает увеличение расхода кокса.

Крайне неблагоприятным случаем распределения газового потока является канальный ход газов (движение газов по отдельным каналам в слое шихты), при котором мелкие куски шихты в каналах переходят во взвешенное состояние, что нарушает ровный сход шихты в печи.

Важным показателем хода доменной плавки является отно­шение СО₂/СО в газовой фазе; увеличение этого отношения(увеличение содержания СО₂) свидетельствует об улучшении

восстановительной работы газа (увеличении степени косвен­ного восстановления оксидов железа).

Изменение количества газа. По мере подъема газов вверх печи увеличивается их количество, главным образом, вслед­ствие присоединения к ним кислорода шихты в виде СО и СО₂, Т.е. в результате протекания процессов восстановле­ния. По отношению к количеству дутья количество горнового газа возрастает на 21-23 %, а количество колошникового газа - на 38-40 %. При обогащении дутья кислородом расход дутья и количество газа будут уменьшаться вследствие сни­жения содержания азота. Выход колошникового газа равен 120-200 м³ на 1 м³ объема печи в час или 1400-2000 м³/чугуна.

Изменение давления газа. Наибольшее статическое давле­ние газа устанавливается в горне доменной печи около фурм, и движение газов вверх через слой шихтовых материа­лов происходит вследствие этого давления, создаваемого работой подающей дутье воздуходувной машины. По мере дви­жения газов от горна к колошнику статическое давление га­за убывает, так как происходит потеря давления (потеря напора) вследствие трения газов о куски шихты; иначе говоря, давление теряется на преодоление сопротивления слоя шихтовых материалов. Эта потеря давления или напора происходит неравномерно по высоте печи, что наиболее заметно в области пластичной зоны, где в результате размягчения слипания и плавления газопроницаемость рудной части шихты резко снижается.

Величина потери давления в столбе шихты, иначе говоря, перепад давления между горном и колошником зависит от свойств шихты (газопроницаемости), высоты столба ших­ты, определяемой высотой печи, от скорости движения газов в печи. Влияние ско­рости движения газов проявляется в том, что при ее росте увеличиваются силы трения газов о шихту и возрастает ве­личина потери давления.

Величина, которую контролируют, не должна превышать допустимого предела, называемого критическим перепадом давления. Этот предел на конкретной работающей пе­чи, где высота слоя шихты и ее свойства (сопротивление) относительно постоянны, зависит от расхода дутья, который всегда стараются увеличить с целью повышения производите­льности печи. Увеличение расхода дутья ведет к росту ско­рости движения газов в печи, и при достижении определен­ной скорости силы трения возрастают настолько, что куски шихты переходят во взвешенное состояние, Т.е. перестают двигаться вниз, что нарушает ровный сход шихты и означает расстройство работы печи. Этим максимально допустимым значениям расхода дутья и скорости движения газов соот­ветствует допустимый (критический) перепад давления.

Соответственно, расход дутья поддерживают таким, чтобы перепад давления не превышал критического значения. Использование давления, а не скорости в качестве критерия оценки движения газов объясняется тем, что скорость подъема газов сильно различается в разных участках попе­речного сечения печи, поэтому проще измерять давление.

     Для улучшения контроля за ходом плавки измеряют не только общий перепад дав­ления между горном и колошником, но и верхний перепад (середина шахты ­колошник) и нижний (сере­дина шахты - горн).

7. Интенсификация доменного процесса.

Под интенсификацией доменного процесса обычно понимают мероприятия по увеличению скорости его протекания (форси­рованию хода доменной плавки), Т.е. ведущие к повышению производительности печи, а также мероприятия по снижению расхода кокса. Ниже охарактеризованы наиболее существен­ные из них.

7.1. Нагрев дутья.

Внедрение нагрева дутья было важным этапом в развитии доменного производства, обеспечившим существенное сниже­ние расхода топлива и повышение производительности печей. Дутье, нагретое до 150 ⁰С, впервые было применено в 1829 г., что привело к значительному снижению расхода кокса, а главное, к существенному улучшению процессов в печи (более высокий нагрев продуктов плавки, лучшее отде­ление шлака от чугуна, повышение степени восстановления кремния и марганца). Высокая эффективность нагрева дутья обеспечила быстрое и широкое его распространение. Вскоре дутье стали нагревать до 350-400, а затем до 500-700 ⁰С. Еще в 40-х годах нашего столетия на многих заводах не удавалось поднять температуру дутья выше указанных преде­лов не потому, что не позволяли технические средства для такого нагрева, а вследствие того, что это вызывало  нару­шение процесса доменной плавки. Всем ясно было, что более высокий нагрев дутья обеспечивает дальнейшее размельчение расхода кокса. Но даже подъем температуры дутья на не­большую величину (около 20 ⁰С) к расстройству доменного процесса. Анализ этого явления позволил определить важнейшие факторы, обеспечивающие ус­ловия для повышения нагрева дутья, к числу которых отно­сятся:

замена неподготовленных и особенно пылеватых руд окус­кованными, т.е. агломератом и окатышами; применение повышенного давления газов в печи; вдувание в горн газообразных и жидких углеводородов; кондиционирование дутья по влаге.

Внедрение этих мероприятий создало условия, при которых подъем температуры дутья перестал сдерживаться технологи­ческими особенностями процесса, а определялся технически­ми возможностями достижения высокой температуры дутья.

Это потребовало совершенствования конструкций и обору­дования воздухонагревателей, которые уже не обеспечивали необходимого нагрева дутья. В настоящее время нагрев дутья на многих печах доведен до 1100-1300 ⁰С и решается задача дальнейшего подъема температуры дутья до1350-1400 ⁰С. В частности, внедряют воздухонагреватели с выносной камерой горения, отличающиеся от широко исполь­зуемых воздухонагревателей, имеющих встроенную камеру го­рения, большей поверхностью нагрева и более мощными горелками, рассчитанными на нагрев дутья до 1300-1400 ⁰С.

Анализ работы доменных печей при разном нагреве дутья показывает, что его нагрев всегда приводит к снижению расхода кокса. Однако экономия расхода кокса не пропорци­онально повышению температуры дутья, т.е. не одинакова при повышении нагрева дутья на од­но и то же число градусов, по­нижаясь с повышением нагрева дутья. Например, при темпера­туре дутья 400 ⁰С повышение его нагрева на 100 ⁰С дает снижение расхода кокса на 11-16 %, а при температуре ду­тья 800 ⁰С - на 3,5-6,0 %. Однако даже при высоком нагре­ве дутья (1200-1300 ⁰С) эффективность от нагрева сохраня­ется значимой и обеспечивает сокращение расхода кокса на1,5-2,5% на каждые 100⁰С повышения температуры.

Особо важно увеличивать нагрев дутья при вдувании в горн печи углеводородов (природного газа и мазута), вызы­вающих понижение температур в горне.

7.2. Увлажнение дутья.

Дутье (воздух) всегда содержит некоторое количество вла­ги, причем естественная влажность воздуха в разные перио­ды времени колеблется в широких пределах от 3 до 40 г на1 м³ воздуха (8 г/м³ соответствует 1 % по объему). Попа­дающая в горн влага разлагается углеродом: Н₂О + С = СО + + Н₂ - 124870 Дж. При этом в горновом газе возрастает со­держание СО и активного восстановителя Н₂О в связи с затратами тепла на разложение влаги снижается температура горна. Чтобы сохранить прежний температурный режим горна, надо повысить нагрев дутья на 5-6 ⁰С на каждый грамм влаги в 1 м³ дутья.

Колебания влажности дутья вызывают колебания в темпе­ратурном режиме горна и в ходе восстановления, что неред­ко приводит к расстройствам хода печи. Для устранения колебаний естественной влажности ранее за рубежом в небольшом масштабе применяли осушение дутья до содержания влаги 3-3,5 г/м³, а в нашей стране многие годы применяли увлажнение дутья до 25-30 г/м^З (3-4 % к объему дутья). При таком кондиционировании дутья по влаге достигается более ровный ход печи; кроме того, вследствие ровного хода, а также в результате интенсификации косвенного вос­становления оксидов железа водородом обеспечивается повы­шение производительности печи (на 5-10 %) и снижение рас­хода кокса (на 2-5 %).

По мере перехода к работе печей с вдуванием природного газа, обогащающего атмосферу печи водородом, столь значи­тельное увлажнение дутья утратило свое значение. В настоящее время считают полезным поддерживать содержание влаги на постоянном уровне порядка 10-20 г/м³ за счет добавок к дутью водяного пара.

7.3. Повышенное давление газа.

До 1950 г. отечественные доменные печи работали без повы­шенного давления газов, Т.е. с давлением газа на колош­нике не значительно (на 0,006-0,012 МПа) превышавшем ат­мосферное давление (0,1 МПа). Это небольшое превышение давления обеспечивало самопроизвольный выход газов из печ­и. В настоящее время практически все печи работают с избыточным (сверх атмосферного) давлением на колошнике, равным 0,1-0,23 МПа или с абсолютным давлением 0,2-0,33 МПа (давление в горне выше давления на колошнике).

О целесообразности повышения давления газов в доменной печи впервые высказался инж. П.М.Есманский еще в 1915 г. Он считал, что увеличение давления газа в печи должно способствовать развитию процессов восстановления, так как при этом реакция СО₂ +С = 2СО сдвигается в сторону уве­личения содержания СО₂, т.е. в сторону косвенного восста­новления.

Однако более важным оказалось то, что повышенное дав­ление позволило увеличить расход дутья и благодаря этому повысить производительность печей.

Работа доменных печей с повышенным давлением газов бы­ла освоена на Магнитогорском металлургическом комбинате в 1950 г., после чего печи всех заводов были переведены на такой режим. Повышение давления газов достигается уста­новкой на газопроводе очищенного доменного газа специального дроссельного устройства, уменьшающего сечение газо­отвода. Такое уменьшение сечения вызывает рост давления на всем пути движения газа до дроссельного устройства и в том числе на колошнике и в объеме всей печи.

Дроссельное устройство располагают после газоочистки (устройств, очищающих газ от пыли); чтобы предотвратить его быстрый абразивный износ частицами пыли газа.

Чем вызвано повышение производительности печи при по­вышении давления газов? Поясняя это, следует напомнить, что доменные печи обычно работают с расходом дутья, близ­ким к предельно допустимому. При его превышении вследст­вие роста скорости. движения газов в печи и их трения  шихты переходят во взвешенное состояние, нарушая ровный сход шихты, а показателем режима движения газов - перепад давления между горном и колошником (потеря давления на трение) становится больше критического.

Если увеличить давление в печи, то в силу известного соотношения между давлением и объемом газа РV = const объем газа уменьшается. Поэтому снижается скорость движе­ния газов В печи и, соответственно, уменьшаются силы тре­ния их о шихту, величина потери давления на трение. Иначе говоря, режим движения газов отдаляется от кри­тического. Это позволяет при новом, большем давлении в печи увеличить расход дутья без нарушения при этом ровно­го схода шихты (расход можно увеличивать до тех пор, пока перепад давления не приблизится к прежнему ypoвню ­несколько ниже критического). При увеличении расхода ду­тья в единицу времени сгорает больше кокса и проплавляет­ся больше шихты, т.е. повышается производительность печи.

Таким образом, повышение давления газа в печи позво­ляет форсировать доменный процесс. Кроме того, вследствие увеличения времени пребывания газа в печи и улучшения распределения его сокращается расход кокса, а уменьшение скорости газа на колошнике приводит к снижению выноса пы­ли. Это позволило увеличить производительность печей на 5-15 %, снизить расход кокса на 3-5 % и сократить вынос пыли на 20-50 %, более 24-26 %, а в сочетании с вдуванием углеводородов­ до 30-35 %. Такое ограничение содержания кислорода в обо­гащенном дутье объясняется тем, что его применение сопро­вождается как положительными, так и отрицательными по­следствиями для доменного процесса.

 Вдувание в горн углеродсодержащих веществ с целью снижения расхода дорогого и дефицитного кокса в последние годы на всех печах в горн вдувают газообразные или жидкие углеводороды и иногда измельченный уголь. Их подают через фурмы в зоны горения кокса. Наиболее широко применяется природный газ.

Вдувание природного газа. При попадании в горн природ­ного газа, основу которого составляет метан СН₄, происхо­дит неполное сгорание метана с образованием СО и Н₂:

СН₄ + 0,502 = СО + 2Н₂ + 37250 Дж.

При этом, помимо экономии кокса как топлива (замены части кокса природным газом), обеспечивается значительное повы­шение степени косвенного восстановления за счет участия в нем образующегося водорода, содержание которого в горно­вом газе возрастает до 8-15 % и более. Это увеличение до­ли косвенного восстановления и снижение тем самым доли прямого также ведет к снижению расхода кокса. Положитель­ным является также то, что благодаря снижению расхода кокса уменьшается количество серы, вносимой коксом, и уменьшается выход шлака в связи с уменьшением количества поступающей в печь золы кокса.

Вместе с тем, вдувание природного газа отрицательно влияет на тепловые и газодинамические условия работы пе­чи. Дело в том, что при попадании природного газа в горни его неполном сгорании увеличивается объем горновых га­зов (продуктов сгорания) и снижается температура в зоне горения и в горне.

Для поддержания прежнего нормального теплового состоя­ния горна при вдувании природного газа увеличивают, если это возможно, температуру дутья с учетом того, что добав­ка 1 м³ газа на 1 т чугуна требует повышения температуры дутья на 4 ⁰С; уменьшают также влажность дутья, что ведет к росту температур в горне. Увеличение объема горновых газов вызывает рост скорости движения газов в печи и, соответственно, величины перепада давления между горном и колошником. Поэтому после повышения расхода природ­ного газа до определенного уровня начинаются нарушения ровного схода шихты. Если печь работала на предельном ко­личестве дутья, то, начиная вдувание при­родного газа, снижают расход дутья с целью сохранения ус­ловий нормального опускания шихты. Таким образом, наруше­ние газодинамических условий в печи и снижение температу­ры горна ограничивают количество вдуваемого природного газа. Лучшим способом преодоления отрицательных последст­вий применения природного газа является добавка к дутью кислорода.

При расходе природного газа в количестве 60-90 м³/т чугуна (3,5-4 % от объема дутья) экономия кокса состав­ляет 8-14 % и более. Коэффициент замены кокса природным газом, т.е. отношение количества выведенного из шихты кокса (кг/т чугуна) к количеству использованного природ­ного газа (м³/т чугуна) составляет 0,7-1,0 кг/м³.

8. Продукты доменной плавки.

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

Виды, состав и назначение доменных чугyнов. Цель доменного производства состоит в получении чугуна, пред­ставляющего собой много компонентный сплав железа с угле­родом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависи­мости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться, кроме того, еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержа­ние основных элементов (С, Si, Мn, Р, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим стандартом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемый 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 - в основном ферромарганец, используемый в сталеплавильном производстве в качестве добавки в жидкую сталь для ее раскисления и легирования.

Передельный чугун является преобладающим видом продук­ции доменного производства. На его долю приходится около90 % общего производства чугуна. Он используется в качес­тве шихтового материала при производстве стали в конвер­терах, мартеновских и электродуговых печах. Передельный чугун в соответствии с существующими стандартами может содержать 0,3-1,2 % Si, 0,15-1,0 (иногда до 1,5 %) Мn и делится на три класса по содержанию фосфора (не более0,1; 0,2 и 0,3 %) и на пять категорий по содержанию серы(не более 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 и 0,05 %). С целью эко­номии дефицитного марганца в настоящее время, выплавляют маломарганцовистые чугуны с содержанием марганца 0,1-0,5 %.

В небольших количествах выплавляют высококачественный передельный чугун, маркируемый буквами ПВК, что означает передельный высококачественный коксовый. Он отличается от обычного передельного пониженным содержанием фосфора (<=0,02-0,05 %) и серы (<=0,015-0,025 %). На заводах, ис­пользующих высокофосфористые железные руды, выплавляют чугуны с повышенным содержанием фосфора; стандартом пре­дусмотрены три марки подобных чугунов, различающихся coдержанием фосфора (0,3-0,7; 0,7-1,5 и 1,5-2,0 % Р). Эти чугуны перерабатывают в сталь по специально приспособлен­ной для этого технологии (в кислородных конвертерах и мартеновских печах) с получением помимо стали фосфатных шлаков.

Содержание углерода в передельном чугуне стандартами не нормируется, поскольку оно определяется содержанием других элементов; его можно приближенно определить по формуле: С = 4,8 + 0,03 Мn - 0,27 Si - 0,32 Р - 0,032 S, где Мn, Si, Р и S - соответственно содержание в чугуне марганца, кремния, фосфора и серы. В малофосфористых ( 0,3 % Р) чугунах обычно содержится 4,0-4,8 % углерода.

Литейный чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния и в некоторых марках - фосфора. Шесть марок литейного чугуна (Л1-Л6) содержат от 1,2-1,6 до 3,2-3,6 % Si и от 0,3 до 0,9-1,5,% Мn; каждую марку делят на четыре категории по содержанию серы (0,02-0,05 %) и на пять классов по содержанию фосфора (соответственно < 0,08; < 0,12; < 0,3; 0,3-0,7 и 0,7-1,2 % Р). Фосфор придает металлу хрупкость, поэтому отливки ответственного назначения делают из чугунов с низким содержанием фосфо­ра. Высокофосфористые чугуны используют для получения художественного литья в связи с тем, что жидкий чугун с высоким содержанием фосфора обладает высокой жидкой теку­честью и поэтому хорошо заполняет литейные формы самой сложной конфигурации.

Основными составляющими шлака являются оксиды кремния (Si0₂), кальция (СаО), алюминия (АI₂О_з). магния (MgO), а также небольшое количество НеО, МnO, CaS. В шлаках обычно содержится 6-20 % глинозема (A1₂0₃, 38-42 % кремнезема (Si0₂), 38-48 % известно (СаО), 2-12 % магнезии (MgO); 0,2-0,6 % FеО; 0,1-2 % МnO и 0,6-2,5 % серы, в основном, в виде CaS. При этом шлаки характеризуются следующими значениями основности: СаО: Si0₂ = 0,9+1,3; (СаО + MgO): :Si0₂ = 1,05+1,45 и (Са О + MgO):(Si0₂ + Al₂0₃ = 0,7+1,2.

Ocновную часть (> 90-95 %) доменного шлака перерабаты­вают, получая сырье для производства различных строитель­ных материалов.

Доменный (колошниковый) газ. Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть - колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН., N₂, СО₂ и N₂. После очистки от со­держащейся в нем пыли, газ используют как топливо для на­грева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, кок­совых батарей, отопления котлов и других целей. Горю­чими компонентами в газе являются СО, N₂ и СH.. Зная эн­тальпию химических реакций, горения этих компонентов, мож­но подсчитан., что при полном сгорании каждого процента оксида углерода теплота сгорания 1 м^З газа повышается на126 кДж, а каждого процента водорода и метана соответст­венно на 108 и 263 кДж. При выплавке передельного чугуна на атмосферном дутье (без вдувания природного газа) в га­зе содержится 12-18 % СО₂; 24-30 % СО; 0,2-0,5 % СH.; 1,0-2,0 % N₂ и 55-59 % N₂ и теплота сгорания газа состав­ляет 3500-4000 кДж/м^З. При применении комбинированного дутья снижается содержание азота и соответственно возрас­тает количество других составляющих газа, особенно водо­рода. Например, при обогащении дутья кислородом до24-30 % и соответствующей подаче природного газа содержа­ние оксида углерода составляет 22-27 %, диоксида углерода15-22 %, водорода 8-11 % и азота 43-55 %. Теплота сгора­ния такого газа равна 4200-5000 кДж/мЗ.

9. Управление процессом, контроль, автоматизация.

Управление ходом доменной плавки сводится к контролю основных пара метров технологического режима и при их отклонении от заданных значений - к выработке и осуществ­лению регулирующих воздействий, ведущих к ликвидации этих отклонений и нарушений. В процессе управления работой печи приходится изменять температуру и количество дутья, количество подаваемого природного газа, соотношение между железорудными материалами и коксом, расход флюса, пара­метры загрузки шихты. Различают регулирова­ние хода доменной печи сверху (изменение системы загруз­ки, величины подачи, уровня засыпи и т.п.) и регулирова­ние снизу (изменение параметров комбинированного дутья).

Часть управляющих и регулирующих воздействий осуществ­ляется персоналом вручную, а часть с помощью автоматизи­рованных регулирующих или управляющих систем. При ручном управлении и регулировании правильность принятых решений зависит от квалификации и опыта мастера-технолога, при автоматизированном - от того, насколько заложенная в ЭВМ математическая модель адекватно отражает сложные взаимо­зависимости параметров доменного процесса и от надежности показаний контрольных приборов.

Старые печи наряду с ручным управлением оборудованы системой автоматизированного управления работой загрузоч­ных устройств по заданному режиму и рядом локальных сис­тем автоматического регулирования и стабилизации отдель­ных параметров процесса. Обычно это стабилизация давления под колошником, управление работой воздухонагревателей, стабилизация параметров комбинированного дутья (расход дутья, его температура, содержание кислорода в дутье, соотношение расходов природного газа и воздуха с учетом концентрации кислорода в дутье, распределение природного газа по фурмам).

Современные доменные печи оборудуют автоматизированны­ми системами управления (АСУ ТП), обеспечивающими величи­ну уровня автоматизации управления доменным процессом до 70 и в отдельных ,случаях до 90 %. Такие АСУ ТП выполняют в виде иерархической системы, включающей несколько(три-четыре) уровней автоматизации.      Первый иерархический

    Работа доменной печи регламентируется теологическим ре­жимом, основными составляющими которого являются: дутье­вой режим, режим загрузки, шлаковый режим и тепловой ре­жим, причем эти параметры тесно взаимно связаны. Техноло­гический режим, вырабатываемый на основании обобщения многолетнего опыта работы печей, зависит от условий плав­ки конкретного цеха и отдельной доменной печи.

Основой для соблюдения технологического режима и выра­ботки регулирующих и управляющих воздействий на процесс служат показания контроль но-измерительных устройств, зна­чительная часть которых работает в автоматическом режиме. На современных доменных печах контролируют до 170 пара­метров, характеризующих технологический режим, состояние печи и вспомогательного оборудования. Контролируемыми параметрами являются: состав и свойства шихтовых материа­лов, жидкого чугуна и шлака; параметры дутья и колошнико­вого газа (состав, давление, расход, температура и др.); распределение температур и состава газа по сечению и вы­соте печи; параметры загрузки (масса и количество порций в подаче и порядок их загрузки, работа конусов или лотко­вых загрузочных устройств, уровень и профиль засыпи, ско­рость схода шихты и др.); статическое давление в печи высоте и перепады давления; вынос колошниковой пыли; температура кладки шахты, горна и лещади; работа холо­дильников; боковое давление шихты в печи; параметры рабо­ты воздухонагревателей и воздуходувных машин и др. Наряду с давно применяемыми обычными приборами и датчиками конт­роля (термопары, расходомеры, манометры и т.п.) внедряют новые специальные приборы и устройства: горизонтальные зонды, перемещаемые ниже уровня за сыпи для контроля здесь состава и температуры газов; стационарные зонды-балки для контроля тех же параметров выше уровня засыпи; лазерные, микроволновые, гамма и рентгеноимпульсные профиле меры для измерения профиля засыпи; микроволновые и радиометри­ческие уровнемеры засыпи; устройства непрерывного контро­ля параметров жидких продуктов плавки в горне; встроенные в фурмы термодатчики; вертикально перемещаемые в слое шихты зонды и другие устройства для контроля уровня зоны плавления шихты в печи; автоматические рентгеноспектраль­ уровне включает средства автоматического контроля, изме­рения и диагностики входных, технологических и выходных параметров доменной плавки и работы оборудования печи; второй уровень локальные подсистемы стабилизации и ре­гулирования отдельных параметров процесса и работы обору­дования (давления под колошником, параметров дутья, пара­метров работы воздухонагревателей и др.); третий уровень- подсистемы управления отдельными технологическими про­цессами и агрегатами (такими процессами как шихтовка и загрузка, подготовка и подача дутья в печь, распределение газового потока, тепловой режим и др.). На высшем уровне, который пока не реализован, АСУ должна оптимизировать и согласовывать работу всех подсистем в соответствии с плановыми заданиями.

Помимо функций контроля, регулирования и управления процессами и агрегатами АСУ обеспечивает в центральном пункте управления печью непрерывное представление значе­ний технологических параметров в цифровой форме, путем световой индикации и в виде графиков на диаграммных само­пишущих приборах и на экранах дисплеев, а также световую и звуковую сигнализацию нарушений нормального технологи­ческого режима и работы оборудования. Обеспечивается так­же заполнение отчетных документов.

Заключение

Таким образом старые печи наряду с ручным управлением оборудованы системой автоматизированного управления работой загрузоч­ных устройств по заданному режиму и рядом локальных сис­тем автоматического регулирования и стабилизации отдель­ных параметров процесса. Обычно это стабилизация давления под колошником, управление работой воздухонагревателей, стабилизация параметров комбинированного дутья (расход дутья, его температура, содержание кислорода в дутье, Соотношение расходов природного газа и воздуха с учетом концентрации кислорода в дутье, распределение природного газа по фурмам).

Современные доменные печи оборудуют автоматизированны­ми системами управления, обеспечивающими величи­ну уровня автоматизации управления доменным процессом до 70 и в отдельных случаях до 90 %. Такие АСУ ТП выполняют в виде иерархической системы, включающей несколько (три-четыре) уровней автоматизации.

Работа доменной печи регламентируется теологическим ре­жимом, основными составляющими которого являются: дутье­вой режим, режим загрузки, шлаковый режим и тепловой ре­жим, причем эти параметры тесно взаимно связаны. Техноло­гический режим, вырабатываемый на основании обобщения многолетнего опыта работы печей, зависит от условий плав­ки конкретного цеха и отдельной доменной печи.

Список литературы:

1. Воскобойников В. Г., Кудрин В. А., Якушев А. М.

«Общая металлургия». – М.: Металлургия, 2005