Доменный цех (стр. 4 из 5)
В процессе плавления выделяемый газ в печи выходит через трубы газоотводов, а пылеуловители улавливают пыль, которая возникает в результате колошникового преобразования.
Основные химические процессы в доменной печи — горение топлива и восстановление Fe, Si, Mn и др. элементов. Часть кокса расходуется на процессы восстановления, но основное количество опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с температурой 1600—2300° С, содержащие 35—45% CO, 1—12% H2 и 45—65% N2, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шахту, при этом CO и H2 частично окисляются до CO2 и H2O. Газы, выходящие из печи, имеют t 150—300°С.
Горение у фурм. У фурм доменной печи возникают очаги горения, называемые окислительными зонами, в которых вихревое движение газов приводит к циркуляции кусков кокса. Горение кокса развивается на поверхности контакта твёрдой и газообразной фаз. При этом кислород соединяется с углеродом в сложные комплексы СхОу, которые затем распадаются. В упрощённом виде суммарный процесс горения углерода твёрдого топлива у фурм сводится к экзотермической реакции 2C + O2 = 2CO. При вдувании природного газа или мазута, в которых главной составляющей являются углеводороды (например, метан), протекает реакция с выделением CO и H2; при этом поглощается значительная часть тепла, выделяемого при сжигании С, а следовательно, понижается температура горения у фурм. Во избежание этого необходимо повышать температуру дутья и обогащать его кислородом. Положительное влияние вдувания углеводородных топлив — в повышении концентрации водорода в газе и улучшении благодаря этому его восстановительной способности.
Восстановление железа и др. элементов. В доменной печи Cu, As, Р, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и Zn, который затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75—90%, Mn на 40—75%, Si и Ti в небольших количествах, Al, Mg и Ca не восстанавливаются.
Восстановление поступающих в доменную печь окислов Fe2O3 и Fe3O4 происходит путём последовательного отщепления кислорода по реакциям:
3Fe2O3 + CO (H2) = 2Fe3O4 + CO2 (H2O),
Fe3O4 + CO (H2) = 3FeO + CO2 (H2O).
Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление).
FeO + CO (H2) = Fe + CO2 (H2O),
FeO + C = Fe + CO (1)
Высшие окислы марганца MnO2, Mn2O3 и Mn3O4 восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем MnO восстанавливается до Mn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции:
SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO.
Степень восстановления Si и Mn зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания Si в чугуне расход кокса увеличивается на 5—7%, что увеличивает количество горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья кислородом, обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает количество образующихся газов, а следовательно, и температуру в шахте печи.
Сера в доменном процессе. S вносится в доменную печь в основном коксом и переходит в газы в виде паров (SO2, H2S и др.), но большая часть остаётся в шихте (в виде FeS и CaS); при этом FeS растворяется в чугуне. Для удаления S из чугуна необходимо перевести её в соединения, нерастворимые в чугуне, например в CaS:
FeS + CaO = CaS + FeO. (2)
Это достигается образованием в доменной печи жидкоподвижных шлаков с повышенным содержанием СаО. Восстановительная среда благоприятно влияет на этот процесс, т.к. снижает содержание FeO в шлаке. Степень обессеривания достаточно высока, и только в некоторых случаях чугун дополнительно обессеривается вне доменной печи различными реагентами.
Образование чугуна и шлака. Восстановленное в доменной печи Fe частично науглероживается в твёрдом, а затем в жидком состояниях. Содержание C в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава. Шлак состоит из невосстановившихся окислов SiO2, AI2O3 и СаО (90—95%), MgO (2—10%), FeO (0,1—0,4%), MnO (0,3—3%), а также 1,5—2,5% S (главным образом в виде CaS). Для характеристики шлаков пользуются обычно показателем основности CaO/SiO2 или (СаО + MgO)/SiO2. Основность CaO/SiO2 для разных условий плавки колеблется в пределах 0,95—1,35%. При выплавке чугуна на коксе с повышенным содержанием S (донецкий кокс) работают на шлаках с верхним пределом основности и стремятся обеспечить содержание MgO в шлаке 6—8% и более, улучшая его жидкоподвижность.
Вагон-весы
Электровагоны-весы предназначены для набора шихтовых материалов из бункеров бункерной эстакады доменного цеха, дозированного взвешивания их, доставки к скиповой яме и загрузки в скип подъёмника доменной печи. Техническая характеристика электровагон-весов 115 ЭВ40 следующая: предельный вес материала – 40т. Вместимость одного бункера – 9м3; скорость передвижения – 2.5 м\с; ускорение – 0.3-0.4 м\с2; два электродвигателя механизма передвижения мощностью 31 кВт и два электродвигателя механизма вращения барабанных затворов бункеров мощностью 17 кВт.
На вагонах-весах установлены механизмы передвижения аналогичные механизмам грейферной тележки перегрузочного крана. Определение мощности электродвигателя механизма передвижения вагонов-весов производитсяпо статическому (без учёта ветровой нагрузки) и динамическому моментам, как для случая повторно-кратковременного режима работы. Вагоны весы должны обеспечивать с необходимым запасом непрерываную загрузку скипового подъёмника при форсированной работе домекнной печи. Работают вагоны-весы по заданной программею В цикл работы входит: набор материалов из шихтовых бункеров в 2 кармана (бункера), перемещение к скиповой яме, разгрузка материалов (поочерёдно из 2х карманов), перемещение к шихтовым бенкерам.
Производительность вагона-весов определяется по подаче руды(кокс вагонами-весами не подаётся), т\ч
Где м – масса рудной части подачи, т: tц – время цикла работы вагон-весов в течении одной подачи, с.
Для определения времени цикла tц составляют график работы вагон-весов. Время набора шихты из бункеров определяют по формуле
где, м – масса набираемой шихты, т; Пп – производительность питателя шихтового бункера при наборе длинной шихты,т\с; Tуст – время установки вагона весов у бункера (Tуст=8…10 с)
Время перемещения вагона-весов зависит от длинны пути к бункерам. При малых перемещениях (бункера расположены недалеко от скиповой ямы) вогон-весы не успевают достигнуть номинальной скорости и работают по графику треугольника. Критерием малых перемещений является выражение
где v – скорость движения, м\с(для 30 тонных вагонов-весов – 4.6м\с и 40 тонных вагонов-весов – 2.5 м\с), а ускорение вагонов-весов, м\с2.
Время движения при малых перемещениях
И при больших (график скорости в виде трапеции)
Цикл работы вагонов-весов можно уменьшить путём рационального распределения материалов по бункерам, увеличения ускорения, уменьшения длительности стоянки у скиповой ямы (установкой промежуточных бункеров у скиповой ямы) и др.
Механизм вращения барабанных затворов вагон-весов
Привод вращения барабанных затворов расположен на раме вагонов-весов из двух сторон для обслуживания двух рядов бункеров. Конструкция привода вагонов-весов может быть различной: с общим приводом на обе стороны через цилиндрические и конические (угловые) редукторы; то же, но с червячным редуктором; с индивидуальным приводом каждой стороны через цилиндрический редуктор. В последнем случае мощность каждого электродвигателя 17 кВт.
От привода вращение передается трансмиссионному валу, на котором насажены две зубчатые шестерни, расположенные внутри корпусов качающихся редукторов и передающие вращение промежуточным шестерням, При подъеме коробки качающегося редуктора с помощью пневматического цилиндра шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом барабана бункера и вращает его. Производительность барабанного затвора 6— 60т/мин; диаметр барабана — 1524 мм, длина рабочей части — 1885 мм; расстояние между смежными кронштейнами — 2285 мм; диаметр начальной окружности зубчатого обола — 16-17 мм; нормальный модуль — 30,5 мм; шаг — 95,82 мм; число зубьев — 54; масса — 3.32 г. Мощность привода расходуется в основном на преодоление сил трения барабана о шихту и в цапфах вала барабана. Давление на барабан для бункеров существенно снижается за счет сил внутреннего трения материала о стенки бункера. Для определения давления шихты на барабан рассмотрим горизонтальное сечение столба материала на произвольной глубине у от поверхности (рис. 3.2) Обозначим ре— вертикальное давление на горизонтальную плоскость на расстоянии у от поверхности; рг - горизонтальное давление на вертикальную плоскость на этом уровне.