Доменна піч

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Загальний вигляд доменної печі.
Доменна піч металургійного заводу Adolf-Emil-Hütte у місті Еш-сюр-Альзетт, Люксембург.

До́менна піч, до́мна — велика металургійна піч шахтного типу (тобто вертикально розташована) для виплавки чавуну, феросплавів з залізорудної сировини (руди, агломерату, окатків). Для утворення шлаку і зниження температури плавління пустої породи шихтових матеріалів у шихту доменної печі додають флюси (вапняк або інші). Паливом доменної печі є кам'яновугільний кокс, його частковими замінниками є природний газ, коксовий газ, пилевугільне паливо.

Доменна піч є основним агрегатом для отримання заліза (у вигляді чавуну) з залізної руди, хоча постійно ведуться значні дослідження у напрямку створення інших способів отримання заліза. Доменна піч за добу переплавляє кілька тисяч тон шихтових матеріалів. Продуктивність найбільших доменних печей становить понад 12000 т чавуну на добу. Світове виробництво чавуну у доменних печах 2013 року становило 1164,612 млн. т. [1] Кампанія доменної печі, тобто тривалість безперервної роботи від пуску («задування») до зупинки («видування»), становить 10 - 15 років, іноді 20 років і більше. [2]

Більшість процесів на доменній печі механізовані і автоматизовані.

Етимологія назви[ред.ред. код]

Назва доменної печі або домна походить як і назва її попередниці, невеличкої пічі, що звалася «дъмьница», «домниця» або димарка від пра слов'янського слова dъmu, duti “дму”, “дути”. [3] Таким чином, назва «доменна піч» означає «дутьова піч», тобто така піч, в яку подається дуття — повітря.

Історія[ред.ред. код]

Див. також Історія доменного виробництва в Україні

Типова будова доменної печі до середини 19 століття. Доменна піч у місті Бротон-ін-Фернесс, Англія, працювала до 1867 року на деревному вугіллі.
Доменна піч в Сестао (Іспанія)

До виникнення доменних печей протягом кількох тисячоліть основним способом отримання заліза з руди був сиродутний процес у так званих сиродутних горнах. Сиродутним процесом отримували залізо тільки у напів твердому, тістоподібному стані — у вигляді так званого губчастого заліза, криці. Доменні печі з'явилися у Європі приблизно наприкінці XIV — початку XV століть. [4][5][6] Їх почали будувати у бельгійській провінції Намюр приблизно 1340 року. [6] Перший опис виплавлення чавуну міститься у працях французького єпископа Генриха з Пуатьє і датується 1371 роком. Доменна піч була створена чисто досвідним шляхом.

Сиродутне горно внаслідок розвитку перетворилося на більшу за розмірами сиродутну піч. Подальше збільшення розмірів сиродутної печі, головним чином у висоту, і кількості подаваємого повітря призвело до змін у процесах і перетворення сироутного горну у домницю (димарку), що, разом з крицею, видавала новий продукт – рідкий чавун. Через те, що чавун не піддавався куванню, металурги спочатку вважали його браком. Однак, пізніше навчилися робити з чавуну виливки і переробляти його у кричному горні на ковке залізо. Подальший розвиток домниці перетворив її у доменну піч, що принципово не змінилася до нашого часу, продуктом якої став тільки чавун у рідкому стані, який потім переробляли у кричному горні. Таким чином, замість безпосереднього отримання заліза з руди у сиродутному горні, тобто одноступеневого процесу, з’явився двоступеневий процес — отримання чавуну у доменній печі і подальша переробка його на сталь у іншому агрегаті — кричному горні. Такий процес виявився економнішим і продуктивнішим. Весь подальший розвиток металургії проходив як вдосконалення цього двоступеневого способу виробництва сталі. Пізніше для переробки чавуну були розроблені пудлінгова піч, мартенівська піч, конвертер.

Розвиток доменної печі відбувався перш за все шляхом збільшення її розмірів. Якщо у 15 – 16 століттях висота доменних печей становила 4,5 м, то у 18 столітті вона досягла 10 – 13 м, сучасні доменні печі мають висоту понад 30 м. [7] Збільшення розмірів доменних печей давало збільшення продуктивності. У 15 – 16 століттях продуктивність печей була 1,6 т на добу, у 18 столітті – 16 – 17 т, [7] найбільші доменні печі кінця 20 століття виплавляли до 12000 т чавуну на добу. [4] Збільшення розмірів печей стало можливим завдяки розвитку повітродувних засобів. Спочатку для поачі дуття використовувалися клиноподібні міхи, що приводилися у дію потужним водяним колесом. Потім з'явилися циліндричні міхи, пізніше турбоповітродувки.

Як паливо використовували деревне вугілля. Розвиток металургії у Англії призвів до вирубки більшої частини лісів країни, що викликало необхідність пошуку нових видів палива. У 17 ст. Дод Додлей здійснив вдалі доменні плавки на кам’яному вугіллі. З 1709 року Абрахом Дербі І робилися спроби використання у доменній плавці кам’яно-вугільного коксу як домішки до деревного вугілля. В 1735 році Абрахам Дербі ІІ успішно застосував в доменній плавці кам'яно-вугільний кокс без домішки інших видів палива. Разом з тим, доменне виробництво на деревному вугіллі існувало до кінця 19 ст., а у країнах з великими запасами деревини і навіть до другої половини 20 ст.

1829 року Д. Нілсон здійснив гаряче дуття на доменній печі на заводі Клайд у Шотландії. Велике значення на розвиток доменного виробництва здійснило поліпшення підготовки материалів до плавки, у 20 ст. залізні руди після збагачення почали грудкувати — виготовляти агломерат та з другої половини 20 ст. — окатки. У 20 столітті розвиток технології доменного виробництва пов'язаний з початком використання природного газу, пило-вугільного палива і кисню, підвищення тиску газу в печі тощо.

Перша доменна піч Юзівського заводу, Донецьк, Україна, 1872

Найбільшим виробником чавуну була Англія, у 17 столітті на перше місце вийшла Швеція, з 1740 по 1804 роки — багата лісами Росія, потім знову — Британія. З 1897 року на перше місце вийшли США, з 1970 року — СССР, причому понад половину його чавуну виплавлялося на заводах України. Найбільшим виробником чавуну на початку 21 століття є Китай.

На території України перші доменні печі з'явилися у 60-х роках XVIII ст. на Закарпатті.[8] До того, у XIV–XVIII століттях, на території України виробництво заліза у руднях в горнах і невеличких домницях було поширене на Поліссі, в Галичині, також на Полтавщині й Харківщині. Перший на Правобережному Поліссі доменний завод Висока піч (Високопічанський) було введено в дію 1773 року. 1799 року на Луганському чавуноливарному заводі було введено в дію першу доменну піч на сході України.

Будова доменної печі[ред.ред. код]

Конструкція доменної печі[ред.ред. код]

Конструкція доменної печі. 1-нижня частина фундаменту, 2-"пеньок", верхня частина фундаменту, 3-графітовані блоки, 4-вуглицеві блоки, 5-система охолождення дна, 6-подові холодильники, 7-ряд горнових холодильників, 8-холодильники фурменної зони, 9-ряд холодильників заплечиків, 10-верхній ряд холодильників заплечиків, 11 - система охолодження шахти печі - кілька рядів холодильників або залиті у бетон водоохолоджуємі труби, 12-горішній ряд холодильників, на які спирається мурування неохолоджуваної частини шахти печі, 13 - кожух печі, 14-ливарний двір, 15-головний жолоб, 16-продукти плавки - чавун і шлак - у головному жолобі, 17-гармата, підведена до льотки, 18-машина для розкриття чавунної льотки у вихідному положенні, 19-колони, на які спираються шахта печі і металоконтрукції по шахті печі і колошниковий пристрій, 20-майданчик фурменної зони, 21-пристрій для подачі дуття у доменну піч, 22-мараторне кільце, 23-кільцьовий повітропровод, 24-неохолоджувана частина шахти печі, 25-перехідні майданчики на різних горизонтах печі, 26-ланцюгові зонди, 27-газовідводи, 28-колошниковий майданчик, 29-завантажувальний пристрій.

Доменна піч споруджується на фундаменті, що слугує для рівномірної передачі тиску печі з завантаженими у неї сирими матеріалами на грунт. Фундамент поділяється на дві частини — верхню, надгрунтову, що зветься пнем, і нижню, що зветься підошвою. При слабому грунті фундамент можуть спирати на штучні основи, наприклад на палі. Верхня частина фундаменту робиться з жароміцного бетону бо фундамент доменної печі зазнає інтенсивного теплового впливу.

На горизонтальну поверхню верхньої частини фундаменту кладуть вогнетривке мурування дна горну — під.

Доменна піч ззовні поміщається у металевий кожу́х, зроблений зварюванням між собою вальцованних листів з високоміцної сталі. Товщина кожуха поду і горну становить 30 - 50 мм, заплечиків — 30 - 50 мм, шахти, колошника і купола печі — 22 - 45 мм. На печах об'ємом до 3000 м³ кожух поду, горну і заплечиків спирається на фундамент. Кожух шахти спирається на колони, для чого його нижня частина закінчується опорним кільцем (маратором). Опорне кільце підтримує кожух і вогнетривке мурування шахти й передає навантаження від конструкцій верхньої частини печі на колони.

Нижня частина колон кріпиться до фундаменту печі. На печах встановлюють чотири опорних колони. Для надання більшої стійкості й кращого доступу до горну колони встановлюють з певним нахилом. На печах об'ємом понад 3000 м³ мараторне кільце відсутнє і колошниковий пристрій спирається на шість колон або на шатро будівлі ливарного двору.

Зсередини доменна піч футерується вогнетривким муруванням. Для футерування доменної печі використовують шамотну, високоглиноземисту і вуглецеву цеглу. При муруванні футеровки шви між цеглами заповнюють розчином, виготовленим з мертелів, що відповідають класу цегли. Мертель являє собою вогнетривкий порошок, що складається з подрібленого шамоту і вогнетривкої глини.

Для зменьшення руйнування вогнетривкого мурування між кожухом і муруванням встановлена система охолодження. По периметру до кожуху кріпляться плитові холодильники. Плитові холодильники являють собою металеву плиту з чавуну з розташованим у ній зміяком зі сталевих безшовних труб, по якому циркулює вода. Шахта печі на 2/3 висоти охолоджується вертикальними холодильниками або рядами труб, залитих у бетон стінок шахти. Для охолодження шахти печі використовують систему випарювального охолодження.

Для доступу до різних ділянок печі і обладнання, вона зовні опоясується перехідними майданчиками.

У нижній частинідоменної печі в її стінці і муруванні робляться спеціальні отвори для периодичного випуску рідких продуктів плавки — чавуна і шлаку — чавунні і шлакова льотки. На доменних печах великого об'єму встановлюють чотири чавунних льотки.

Сучасна доменна піч є спорудою заввишки від 26 до 35 м. Це висота власне печі, а висота всіх металоконструкцій доменної печі разом з колошниковим пристроєм і газовідводами може сягати понад 80 м.

У верхній частині горна на фурменній зоні розташовуються фурменні прилади, через які у доменну піч подається нагріте повітря — дуття. Саме в цій ділянці печі відбувається горіння коксу і температури досягають найбільшого значення 1900–2000 °C. По мірі підвищення вгору температура знижується, і у колошника доходить до 200–350 °C.

Профіль доменної печі[ред.ред. код]

Профіль доменної печі. Hп — повна висота, Hкор — корисна висота, hг — висота горна, hз — висота заплечиків, hр — висота розпару, hш — висота шахти, hк — висота колошника, dг — диаметр горну, Dр — діаметр розпару, dк — діаметр колошника, α — кут нахилу шахти, β — кут нахилу заплечиків.

Доменна піч є плавильною піччю шахтного типу, вона має витягнутий у висоту робочій простір. Внутрішній обрис робочого простору печі по вертикальному перетину називається профілем доменної печі. У горизонтальному перерізі піч кругла. Профіль печі поділяється на п'ять частин, кожна з яких має свої геометричні обриси і технологічне призначення. Багатостолітній досвід встановив найраціональнішу форму профілю, яка описується певними закономірностями.

Верхня частина доменної печі називається колошником. Вона має циліндричну форму і слугує для завантаження шихти. Через неї також виходять гази, що утворюються в печі (колошниковий газ). Нижче колошника розташована найбільша по висоті і об'єму частина домни — шахта, що за формою являє собою зрізаний конус, який розширюється донизу. Це розширення необхідне для полегшення опускання вниз завантажених твердих матеріалів при збільшенні їхнього об'єму при нагріванні. До нижньої частини шахти примикає найширша частина печі, що має форму циліндра — ро́зпар, в якому відбувається розплавлення шихти. Призначення розпару полягає в тому, що він, з'єднуючи шахту з заплечиками, ліквідує тупий кут, в якому могли б затримуватися грудки матеріалу. Нижче розпару розташовані заплечики, що мають форму зрізаного конусу з меншою основою внизу. Такий переріз тут пояснюється зменшенням об'єму матеріалів внаслідок вигорання коксу і утворення рідких продуктів плавки. Нижньою частиною профілю є горно, що має форму циліндра, у якому відбувається горіння коксу і збираються рідкі продукти плавки. Горно розділяється на дві частини, верхню — фурменну зону, в якій встановлені фурми для вдування повітря в піч, і нижню — металоприймальник, де збираються рідкі продукти плавки. Найнижча частина печі називається подом.

Така будова робочого простору створює сприятливі умови для протікання необхідних аеродинамічних і фізико-хімічних процесів. Такий профіль доменної печі виник не відразу, а внаслідок накопичення досвіду і розвитку профілю протягом століть.

Основиними розмірами профілю доменної печі є повна і корисна висота, висота окремих частин — колошника, шахти, розпару, заплечиків і горну, діаметри горну, розпару і колошника. Розміри профілю доменної печі визначають розмір доменної печі, що характеризується величиною корисного об'єму. Корисний об'єм є основним розміром доменної печі.

Будова доменної печі
  • корисна висота — відстань від чавунної льотки до поверхні матеріалів на колошнику. Через те, що рівень насипу матеріалів може змінюватися, то умовно за цей горизонт приймається положення нижня окрайка великого конусу при його опусканні. Максимальна висота сучасної доменної печі становить понад 33,5 м.
  • повна висота — відстань від чавунної льотки до верхньої окрайки спирального кільця кожуха колошника, на якому лежить лійка великого конусу засипного апарату.
  • корисний об'єм — об'єм, заповнений шихтовими матеріалами і продуктами плавки.
  • висота горну — відстань від осі чавунної льотки до нижньої окрайки заплечиків.

Бункерна естакада[ред.ред. код]

Бункерна естакада доменного цеху на колишньому металургійному заводі у місті Дортмунд, Німеччина. Ліворуч — нахилений міст, по якому шихта подається з бункерної естакади у піч.

Всі шихтові матеріали надходять у доменний цех у залізничних вагонах. Вони завозяться на бункерну естакаду, побудовану біля доменних печей і зсипаються з вагонів у бункери бункерної естакади. З бункерів рудна частина шихти, вапняк і кокс за допомогою спеціальних засобів подаються у скіпи або стрічковий конвеєр доменної печі і далі скіпами або конвеєром — у піч.

Бункерна естакада призначена для зберігання шихтових матеріалів і завантаження їх у піч. У доменному цеху будується одна бункерна естакада для всіх доменних печей. Бункерна естакада являє собою конструкцію з залізобетона, на якій встановлено два ряди рудних бункерів і по два коксових бункера для кожної печі. Для заїзду на бункерну естакаду залізничних вагонів на ній прокладено кілька залізничних колій. Шихтові матеріали вивантажуються з залізничних вагонів у бункери. Для кожної печі є кілька десятків рудних бункерів і два коксових бункера, що будуються безпосередньо біля нахиленого мосту. Бункери мать спеціальні закриви, що не дозволяють шихтовим матеріалам висипатися з них. З рудних бункерів матеріали вивантвжуються у спеціальний вагон, встановлений у підбункерному приміщенні на залізничних рейках — вагон-ваги, що має механізм для відкривання рудних бункерів, спеціальні бункери — кішені — для перевезення матеріалів і систему зважування матеріалів. Вагон-ваги необхідну кількість шихтових матеріалів перевозять до скіпової ями і висипають їх у скіп. Далі скіп по скіповому підйомнику доставляє шихту на колошник печі для завантаження у піч. Кокс з коксових бункерів потрапляє у скіпи через грохоти, на яких відбувається відокремлення коксового дрібняку, і далі через зважувальну лійку, в якій зважується потрібна для подачі кількість коксу.

Частина шихтових матеріалів вивантажується з вагонів на бункерній естакаді не у бункери, а на розташований біля бункерної естакади рудний двір, де створюється запас матеріалів на випадок перебоїв у їх постачанні.

Нахилений міст[ред.ред. код]

Нахилений міст. Доменна піч металургійного заводу The Essar Steel Company у місті Су-Сен-Марі, Канада.
Скіп. Час створення фото не відомий. Доменна піч компанії Бетлегем стіл корпорейшн, США.
Скіповий підйомник.

У доменну піч за добу завантажується кілька тисяч тон шихтових матеріалів. Подача матеріалів від бункерної естакади до місця завантаження — на колошник — здійснюється за допомогою скіпових підйомників або стрічкових конвеєрів. Скіповий підйомник складається з нахиленого мосту, двох скіпів і скіпової лебідки. Скіпи переміщуються по нахиленому мосту по залізничних рейках, встановлених на нахиленому мосту, за допомогою канатів, що протягнуті до них через шківи від лебідки. Скіпові канати прикріплюються на барабан скіпової лебідки таким чином, що при роботі лебідки канати одного скіпа намотуються на барабан, в той час як канати іншого скіпа розмотуються з барабана і відтак один скіп підіймається й везе шихтові матеріали на колошник, інший опускається. На горішній частині нахиленого мосту рейкові колії роздвоюються на дві криволінійні колії — для передніх і задніх коліс для перевертання і вивантаження скіпа. Ємкість скіпів залежить від об'єму печі і становить від 6 до 20 м³.

Стрічковий конвеєр є продуктивнішим механізмом і використовується на доменних печах великого об'єму. Продуктивність конвеєру становить 2000 м³/г.

Засипний апарат[ред.ред. код]

На горішній частині доменної печі встановлюється засипний пристрій. Він слугує для завантаження і розподілення матеріалів у доменній печі. На доменних печах використовуються два типи засипних пристроїв — конусового і безконусового типу.

Засипний апарат конусовго типу[ред.ред. код]

Скіпи скіпового підйомника. Лівий скіп (на фото праворуч) на колошнику — у такому положенні з нього висипається шихта у засипний апарат, правий скіп (на фото ліворуч) знаходиться у скіповій ямі, де він завантажується. Виведена з експлкатації доменна піч зупиненого заводу у Дуйзбурзі, Німеччина.
Завантажувальний пристрій доменної печі конусового типу. 1 - колошник, 2 - великий конус, 3 - чаша великого конуа, 4 - штанга великого конуса, 5 - газовий закрив, 6 - малий конус, 7 - штанга малого конуса, 8 - лійка малого конуса і обертовий розподільник шихти, 9 - привід ОРШ, 10 - конічні шестерні і штибова передача, 11 - газовідсікаючий клапан, 12 - приймальна лійка, 13 - тяга штанги малого конуса, 14 - підвіски, 15 - скіп, 16 - канат до скіпової лебідки, 17 - балансири, 18 - канати від балансирів до конусової лебідки, 19 - трубопровід получистого газу, 20 - наповнюючий клапан, 21 - наповнюючий трубопровід у міжконусний простір.
Приймальна лійка, штанга малого конуса з захистком й малий конус (конус погано видно) двоконусового завантажувального пристрою, що працює без газовідсічних клапанів.
Обертовий розподільник шихти.
Великий конус засипного апарату конусового типу.

Конструкція конусового засипного апарату складається з приймальної лійки, газовідсічних клапанів, розподільника шихти, що складається з обертової лійки і малого конусу, чаши (лійки) великого конусу і великого конуса. Міжконусовий простір герметично зачинено кожухом, що зветься газовим закривом.

Шихтові матеріали, що подаються на колошник скіпами, вивантажуються через приймальні лійки і відкриті газоущільнюючі клапани у обеотву лійку малого конуса. При зачиненому газоущільнюючому клапанімалий конус опускається і шихтові матеріали з нього зсипаються у лійку великого конуса. Після кількох опускань малого конусу на великому конусі накопичується певна улькість шихтових матеріалів, що зветься подачею. Великий конус опускає шихту у піч при закритому малому конусі.

Однією з основних умов нормальної роботи доменної печі є рівномірне розподілення завантажених матеріалів, що необхідно для рівномірного розподілу газового потоку в нечі. Однак, однобічне вивантаження матеріалів з скіпів призводить до утворення у лійці малого конуса однобічного відкосу, що дає нерівномірну за товщиною шару укладку матеріалів. Крім того, при висипанні матеріали сортуються за крупністтю — дрібняк зосереджується на боці висипання, а грубі грудки — на протилежному боці. Така нерівномірність укладки матеріалів зберігається при зсипанні на великий конус і з великого конуса у доменну піч, що є несумісним з рівномірним розподілом газового потоку.

Тому над великим конусом встановлюють розподільник матеріалів, за допомогою якого по окружності печі створюють рівномірне розподілення матеріалів і таким чином рівномірний опір проходу газів.

Розподільник шихти складається з обертової лійки, малого конуса зі штангою, обертового корпусу, трибово́ї передачі і приводу. На корпусі розподільника закріплено штибови́й вінець, що перебуває у зціпленні з шестернею, що насажена на вертикальному валу штибової передачі. Вал приводиться в дію від привода через пару конічних шестерень. Між обертовим корпусом і нерухомим опорним кільцем розподільника є сальникове ущільнення, що облаштоване подвійним сальником, що запобігає виходу газу з міжконусного простору засипного апарату у атмосферу.

Засипний апарат безконусового типу[ред.ред. код]

Безконусові завантажувальні пристрої розроблялися як в Україні і СССР, так і закордоном. У Європі відомим виробником безконусових завантажувальних пристроїв є люксембурзька фірма Paul Wurth. В Україні засипний апарат цієї фірми вперше було встановлено на одній з доменних печей Єнакієвського металургійного заводу 2010 року.

Обладнання фурменної зони[ред.ред. код]

Прилад для подачі дуття у доменну піч. 1 — натяжний пристрій, 2 — шарнірні підвіски, 3 — патрубок зі з'ємною кришкою, 4 — фланці на кулькових заточках рухомого і нерухомого колін, 5 — кільцьовий повітропровід, 6 — штуцер кільцьового повіторпровода (через свою форму називається також грамофоном), 7 — отвір для датчика, що вимірює витрату повітря, 8 — нерухоме коліно, 9 — фланець з отвором для встановлення механізму регулювання витрати повітря, 10 — фланець, приварений до кожуху доменної печі, до якого кріпиться амбразура, 11 — амбразура, 12 — фурмений холодильник, 13 — фурма, 14 — сопло, 15 — рівчачок для закладення азбестового шнура, 16 — рухоме коліно.
Фурменна зона. Кільцьовий повітропровод, що оперізує доменну піч, і фурменні прилади.
Фурмені прилади на фурменій зоні діючої доменної печі. Індія.

У верхній частині горна доменної печі, що має назву фурменна зона, розташовані отвори, через які у піч подається повітря, необхідне для горіння палива. У отвори у вогнетривкому муруванні і кожусі печі вставляються фурмені прилади, що складаються з трьох деталей — амбразури, холодильника й фурми. Деталі фурменних приладів охолоджуються водою, що циркулює по водопроводних трубках, залитих в тіло амбразури, та по порожнинах фурменого холодильника й фурми. Кількість фурм залежить від діаметру горна. На доменних печах об'ємом 1033 м³, з діаметром горну 7,2 м, встановлюють 16 фурм, на доменній печі об'ємом 5000 м³ (найбільша доменна піч в Україні), діаметр горну якої дорівнює 14,7 м, кількість фурм становить 36. На деяких доменних печах за межами України кількість фурм сягає 42. [7] (с. 316, 328) Внутрішній діаметр фурм коливається від 150 до 200 мм.

Дуття підводиться до фурм по кільцьовому повітропроводу, що оточує доменну піч і монтується до колон печі. Прилади для підводу повітря є розбірними, що викликано необхідністтю можливості зміни перегорілих деталей фурменного прибору.

Повітронагрівачі[ред.ред. код]

Розташування повітронагрівачів біля доменної печі (на фото — ліворуч).
Повітронагрівачі.
Повітронагрівачі доменної печі Краматорського металургійного заводу.

Повітря у доменну піч подається з температурою 900 - 1200 °C і більше. Для нагрівання дуття використовуються повітронагрівачі. На кожну доменну піч будується 3 або 4 повітронагрівачі. Сучасні повітронагрівачі є модифікаціями повітронагрівачів, винайдених 1857 року англійським інженером Едвардом Каупером, тому вони інколи також називаються «кауперами».

Каупер є повітронагрівачем регенеративного типу. Він являє собою металевий циліндр з куполом на горі заввишки близько 41 м. В середині він розділений на дві частини — камеру горіння і насадку, викладену з вогнетривів спеціальної форми, що утворюють канали, по яких можуть проходити повітря і продукти згорання доменного газу. У камері горіння спалюється доменний газ. Продукти горіння по камері горіння підіймаються вгору, проходять купольну частину і потрапляють у насадку і проходять крізь ню у напрямку зверху вниз, після чого потрапляють у кабан і далі у трубу, через яку випускаються у атмосферу. При проходженні гарячих продуктів згорання доменного газу через насадку, він нагріває її. Після нагрівання насадки подача газу у камеру горіння припиняється, через каупер пропускається холодне повітря, яке проходячи насадку нагрівається до великих температур і після цього подається у доменну піч.

Чавунна і шлакова льотки[ред.ред. код]

У нижній частині горна міститься чавунна льотка, через яку випускають продукти плавки — чавун і шлак. Раніше використовувалися спеціальні шлакові льотки, однак за останні кілька десятиліть ввійшло у практику випускати чавун і шлак через одну чавунну льотку з розділенням їх один від одного вже у головному жолобі, який примикає до пічі і у який продукти плавки потрапляють під час випуску з льотки.

Ливарний двір[ред.ред. код]

Ділянка ливарного двору біля чавунної льотки. Ліворуч — гармата, машина для закриття чавунної льотки. У правому верхньому куті — бурова машина для розкриття чавунної льотки. Виведена з експлуатації доменна піч Фольклінгенського металургійного комбінату.
Ливарний дворик доменної печі під час випуску чавуну на доменній печі на заводі у Клабек у Бельгії.
Ливарне подвір'я доменної печі під час випуску чавуну на чеському заводі Třinec Iron and Steel Works

Безпосередньо до печі примикає ливарний двір, на якому розташовані прилади для розкриття чавунної льотки, для її закривання після випуску чавуну і шлаку, жолоби і канави для транспортування чавуну і шлаку у ковші. Випущені з печі через льотку рідкі продукти плавки потрапляють у головний жолоб, в якому проходить розділення чавуну та шлаку завдяки різниці в густині. Від головного жолобу відходять у різні боки чавунна канава і шлакова канава. По чавунній канаві рідкий чавун зливається у чавуновози або міксери, а шлак по шлаковій канаві — у шлаковози або надходить безпосередньо до установки припічної грануляції шлаку.

Задувка доменної печі[ред.ред. код]

Сушка печі[ред.ред. код]

Доменну піч після будівництва піддають сушці, метою якої є видалення вологи зі швів вогнетривкого мурування. Сушка провадиться гарячим повітрям. Повітря від повітродувної машини подається у піч через попередньо нагріті повітронагрівачі. Під час сушки температура подаваємого повітря підвишується поступово, починаючи з приблизно 100 °C і доходячи до 800 °C, зі швидкісттю 10 - 15 град/год бо за швидшого підйому температури спостерігається псування вогнетривкої цегли. Протягом сушки поступово підвищують також витрату повітря. Тривалість сушки становить 5 - 6 діб.

Підготовка до задувки[ред.ред. код]

Після завершення сушки припиняють подачу повітря у піч і футеровка печі охолоджується до температури 50 - 60 °C. Охолодження футерівки перед початком завантаження шихти є необхідною для того щоб уникнути загорання коксу від гарячих стінок печі до закінчення завантаження. Після охолодження печі починається підготовка її до задувки.

Горно доменної печі заповнюють коксом — або через завантажувальний пристрій або транспортером через отвори фурменних приладів. На рівні фурм також кладуть дрова для кращого загорання коксу. Після заповнення горну коксом ведеться завантаження печі через завантажувальний пристрій до рівня колошника спеціальною задувочною шихтою. Аби захистити під печі від температурного удару від розжаренного коксу, ще до завантаження горну коксом на під печі кладуть шар гранульованого шлаку.

Задувочна шихта розраховується на отриманя ливарного чавуну, що містить 2 - 3 % Si2 і шлаку невисокої основності.

Задувка[ред.ред. код]

Після того, як доменна піч завантажена по всій своїй висоті — від поду до колошника — шихтовими матеріалами, в неї через фурми подають нагріте у повітронагрівачах повітря — дуття. Початок подачі у піч гарячого повітря є задувкою доменної печі і початком її роботи. У момент задувки температура дуття становить 700 - 800 °C для швидкого запалення коксу.

Перший шлак появляється через приблизно 15 годин після задувки, перший чавун появляється через 20 - 24 години після задувки. Нормальна продуктивність печі досягається приблизно через кілька діб після задувки.

Процеси[ред.ред. код]

Див. також: Доменне виробництво

Верхня частина доменної печі служить для завантаження шихти. В шихті є руда, кокс і шлакотворні матеріали, що сприяють зниженню температури плавлення шлаку і видаленню шкідливих домішок. У домні розплавляють не залізняк, а агломерат (дрібну породу, що зпікається в шматки) або окатиші (грудки сферичної форми, що отримуються з дрібної руди або тонкоподрібненого концентрату).

В печі на різній висоті встановлюється різна температура, завдяки чому протікають різні процеси переходу руди в метал.

У нижній частині печі, де притока повітря достатньо велика, кокс згорає, утворюючи діоксид вуглецю, який, поступаючи вгору вступає в реакцію з коксом і утворює монооксид вуглецю.

Монооксид вуглецю у свою чергу діє на оксиди заліза, віднімаючи у них кисень і відновлюючи до металу:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Отримане залізо в присутності кокса насичується вуглецем і виходить сплав, що містить 2 — 4% вуглецю. Такий сплав називається чавуном. Він крихкий. У нього входять невелика частка кремнію і марганцю. В кількості десятих часток відсотка до складу чавуну входять також шкідливі домішки — сірка і фосфор.

Після вигорання коксу чавун розплавляється і стікає в горн — нижню частину доменної печі, а шлаки, що містяться в ньому, піднімаються на поверхню чавуну. Рідкі продукти плавки видаляються через чавунну льотку. безпосередньо до чавунної льотки прилягає головний жолоб в якому проходить розділення чавуну та шлаку завдяки різниці в густині. чавуну через чавунну канаву зливається у чавуновози або міксери, а шлак — у шлаковози або надходить безпосередньо до установки припічної грануляції шлаку.

Продукти доменної печі[ред.ред. код]

  • Чавун — основний продукт доменної печі.
    • Ливарний чавун — застосовується на машинобудівних підприємствах для виготовлення фасонних відливок.
    • Переробний чавун — призначений для переплавлення в сталь в конвертерах чи мартенівських печах.
  • Доменні ферросплави — сплави заліза с кремнієм, марганцем та іншими елементами. Застосовуються для розжарювання і легування сталей.
  • Побічні продукти — шлак і доменний газ. З шлаку виготовляють цемент, шлаковату. Доменний газ застосовують як паливо у повітронагрівачах для підігріву повітря, що подається в доменну піч.

Перспективи доменного виробництва[ред.ред. код]

В найближчому майбутньому виробництво чавуну в доменних печах буде продовжуватися. Справа в тому, що двостадійне виробництво сталі (спочатку виробництво чавуну з залізорудних матеріалів в доменній печі, а потім виробництво сталі з чавуну та лому в конверторах, електропечах або мартенах) в наш час[Коли?] є дешевшим за пряме відновлення заліза з руди. Проблемою є виснаження родовищ вугілля, що коксується. Перспективним є вдування пиловугілного палива, подрібненого пластику, мазуту у фурми доменних печей. Цим зменшуються витрати коксу. Й тим самим знижується собівартість чавуну.

Доменні печі у мистецтві і символіці[ред.ред. код]

Зображення доменних печей можна побачити на гербах де-яких міст і невеличких населенних пунктів чи громад, в яких є або коли-небудь було доменне виробництво.

Галерея зображень[ред.ред. код]

  • Расцвет Новороссийского общества
  • Рамм А. Н. Современный доменный процесс. — Москва.:Металлургия, 1980. — 303 с.
  • Товаровский И. Г. Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: «Пороги», 2009.-768 с.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Iron production - December 2013 на сайті Worldsteel Association. (англ.)
  2. Доменна піч. // Українська радянська енциклопедія . — 2-е видання. — Т. 3. — Київ, 1978.
  3. Домна. // Етимологічний словник української мови: В 7 т. / АН УРСР. Ін-т мовознавства ім. О. О. Потебні; Редкол. О. С. Мельничук (головний ред.) та ін. — К.: Наук. думка, 1985. Т. 2: Д — Копці / Укл.: Н. С. Родзевич та ін. — 1985. — С. 109.
  4. а б Доменне виробництво. // Українська радянська енциклопедія . — 2-е видання. — Т. 3. — Київ, 1978.
  5. Iron and still. History. / The World Book Encyclopedia.  — Volume 10. — 1994. Page 451.
  6. а б Jack Goody. Metals, Culture and Capitalism: An Essay on the Origins of the Modern World  — New York: Cambridge University Press. — 2012. Page xviii. ISBN 978-1-107-02962-0 ISBN 978-1-107-61447-5
  7. а б в Г. Г. Ефименко, А. А. Гиммельфарб, В. Е. Левченко. Металлургия чугуна. — К.: «Вища школа», 1974. — С. 11 - 12.
  8. Развитие металлургии в Украинской ССР. — Киев, 1980.

Посилання[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина. — М.: Рус. яз., 1989. — 446 с. — ISBN 5-200-00797-6.
  • Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — М.: Детгиз, 1954. — 486 с.
  • В.П.Мовчан, М.М.Бережний. Основи металургії. Дніпропетровськ: Пороги. 2001. 336 с.