Материал: Діяльність металургійного заводу

До складу доменного цеху на ДМЗ входить склад доменного чавуну, установка дисульфаціі чавуну магнієм, установка готування й вдування пиловугільного палива, продуктивністю 400 т. пиловугільного палива в добу.

.3 Доменна піч

Доменна піч (мал. 2.2.) являє собою шахтну піч круглого перетину; футерована вогнетривкою кладкою (верхня частина шамотною цеглою, нижня - переважно вуглеродистими блоками). Для запобігання розпалу кладки й захисти кожуха печі від високих температур використовують холодильники, у яких циркулює вода. Кожух печі й колошниковий пристрій підтримуються колонами, установленими на фундаменті.

Рис. 2.2. Доменна піч: 1 - захисні сегменти колошника; 2 - великий конус; 3 - прийомна лійка; 4 - малий конус; 5 - розподільник шихти; 6 - лійка великого конуса; 7 - похилий міст; 8 - скіп; 9 - повітряна фурма; 10 - чавунна льотка; 11 - жужільна льотка.

Шихта подається на колошник печі скіпами, рідше стрічковими конвеєрами. Скіпи розвантажуються в піч через прийомну лійку й засипний апарат, установлений на колошнику. Повітря (дуття) від повітродувних машин подається в піч через повітронагрівачі (у які нагрівається до 1000-1200°З) і фурмені прилади, установлені по окружності горна. Через фурми вводиться також додаткове паливо (природний газ, мазут або вугільний пил).

Продукти плавки випускаються в чавуновізні й жужільні ковші через льотки, розташовані в нижній частині горна. Образующийся в печіколошниковий газ приділяється через газоотводи, розташовані в куполі печі (мал. 2.3).

Рис. 2.3. Робота доменної печі

Основні хімічні процеси в доменній печі - горіння палива й відновлення Fe, Sі, Mn і ін. елементів. Частина коксу витрачається на процеси відновлення, але основна кількість опускається в горн і згоряє разом із вдувається паливом, що, у фурм. Гази з t 1600-2300°З, що містять 35 - 45% CO, 1 - 12% H2 і 45 - 65% N2, піднімаючись по печі, нагрівають шихту, що опускається, при цьому CO і H2 частково окисляються до CO2 і H2O. Гази, що виходять із печі, мають t 150 - 300°З. Горіння у фурм. У фурм доменної печі виникають вогнища горіння, називані окисними зонами, у яких вихровий рух газів приводить до циркуляції шматків коксу. Горіння коксу розвивається на поверхні контакту твердої й газоподібної фаз. При цьому кисень з'єднується з вуглецем у складні комплекси С_хО_у, які потім розпадаються. У спрощеному виді сумарний процес горіння вуглецю твердого палива у фурм зводиться до екзотермічної реакції 2C + O2 = 2CO. При вдмухуванні природного газу або мазуту, у яких головній складовій є вуглеводні (наприклад, метан), протікає реакція з виділенням CO і H2; при цьому поглинається значна частина тепла, виділюваного при спалюванні З, а отже, знижується температура горіння у фурм. Щоб уникнути цього необхідно підвищувати температуру дуття й збагачувати його киснем. Позитивний вплив вдмухування вуглеводородних палив - у підвищенні концентрації водню в газі й поліпшенні завдяки цьому його відбудовній здатності. Відновлення заліза й ін. елементів. У доменній печі Cu, As, Р, подібно Fe, відновлюючись, майже повністю переходять у чавун. Повністю відновлюється й Zn, що потім возгоняется, переходить у гази й відкладає в порах кладки, викликаючи її руйнування. Ті елементи, які утворять більше міцні з'єднання з киснем, чим Fe, відновлюються частково або зовсім не відновлюються: V відновлюється на 75 - 90%, Mn на 40 - 75%, Sі й Tі в невеликих кількостях, Al, Mg і Ca не відновлюються. Відновлення вступників у доменну піч окислів Fe2O3 і Fe3O4 відбувається шляхом послідовного відщіплення кисню по реакціях:

Fe2O3 + CO (H2) = 2Fe3O4 + CO2 (H2O),O4 + CO (H2) = 3Fe + CO2 (H2O).

Закис заліза Fe відновлюється до Fe газами (непряме відновлення) і вуглецем (пряме відновлення).

+ CO (H2) = Fe + CO2 (H2O),+ C = Fe + CO.

Вищі окисли марганцю Mn2, Mn2O3 і Mn3O4 відновлюються газами з виділенням тепла. Надалі Mn відновлюється до Mn тільки вуглецем з витратою тепла приблизно в 2 рази більшої, ніж при відновленні Fe. Sі також відновлюється тільки Із при високих температурах по ендотермічній реакції:

і2 + 2C + Fe = FeSі + 2CO.

Ступінь відновлення Sі й Mn залежить в основному від витрати коксу; на кожний відсоток підвищення змісту Sі в чавуні витрата коксу збільшується на 5 - 7%, що збільшує кількість гарячих газів у печі, викликаючи перегрів шахти. Збагачення дуття киснем, забезпечуючи високе нагрівання горна, зменшує кількість газів, що утворяться, а отже, і температуру в шахті печі. Сірка в доменному процесі. S вноситься в доменну піч в основному коксом і переходить у гази у вигляді пар (SO2, H2S і ін.), але більша частина залишається в шихті (у вигляді Fe і Ca); при цьому Fe розчиняється в чавуні. Для видалення S із чавуну необхідно перевести її в з'єднання, нерозчинні в чавуні, наприклад в Ca:

+ Ca = Ca + Fe.

Це досягається утворенням у доменній печі жидкорухливих шлаків з підвищеним змістом СаО. Відбудовне середовище сприятливо

впливає на цей процес, тому що знижує зміст Fe у шлаку. Ступінь обессерювання досить високий, і тільки в деяких випадках чавун додатково обессерюваєтся поза доменною піччю різними реагентами. Утворення чавуну й шлаків. Відновлене в доменній печі Fe частково навуглероужується у твердому, а потім у рідкому станах. Зміст C у чавуні залежить від температури чавуну і його складу. Шлаки складається з окислів, що не відновилися, Sі2, AІ2O3 і Сао (90-95%), Mg (2-10%), Fe (0, 1-0,4%), Mn (0, 3-3%), а також 1, 5-2,5% S (головним чином у вигляді Ca). Для характеристики шлаків користуються звичайно показником основності Ca/Sі2 або (СаО + Mg)/Sі2. Основність Ca/Sі2 для різних умов плавки коливається в межах 0,95-1,35%. При виплавці чавуну на коксі з підвищеним змістом S (донецький кокс) працюють на шлаках з верхньою межею основності й прагнуть забезпечити зміст Mg у шлаку 6 - 8% і більше, поліпшуючи його жидкорухомість. Робота доменної печі починається з її задувки. При цьому горн і заплічка завантажуються коксом, а шахта - так званої задувочной шихтою. У повністю завантажену піч подається нагріте дуття (зменшена кількість), кокс запалюється, і починається опускання матеріалів. Перший випуск чавуну й шлаків виробляється через 12 - 24 ч, після чого кількість дуття й рудне навантаження (відношення маси руди до маси коксу в подачі) поступово збільшуються, і через кілька днів після задувки доменна піч досягає нормальної продуктивності. Безперервна робота (кампанія) доменної печі від задувки до видувки (зупинки на капітальний ремонт) триває 5 - 6, а в деяких випадках 8 - 10 років і більше, протягом яких пекти 1- 2 рази зупиняється на так званий середній ремонт для заміни зношеної кладки шахти. Виплавка чавуну на потужних печах за одну кампанію досягає 5- 8 млн. т чавуну й більше. Керування роботою (ходом) доменної печі полягає в регулюванні (відповідно до якості сирих матеріалів і видом виплавлюваного чавуну) складу шихти, кількості, температури й вологості дуття, а також величини подачі або послідовності завантаження окремих компонентів шихти й рівня зависипки. Хід доменної печі контролюється вимірювальними приладами, що реєструють основні параметри завантаження, дуття, колошникового газу, температуру кладки печі на різних обріях. Одержали поширення плавка із вдмухуванням додаткових видів палива, збагаченням дуття киснем і робота з підвищеним тиском колошникових газів. При підвищенні тиску на колошнику зменшується перепад тисків між низом і верхи доменної печі; це обумовлює більше рівний схід шихти, поліпшує відбудовну роботу газів, зменшує винос пилу. Доменне виробництво характеризується високим ступенем автоматизації. На сучасній доменній печі автоматично здійснюються всі операції шихтоподачи: набір компонентів шихти з відсіванням дріб'язку, зважування, транспортування на колошник і завантаження в піч по заданій програмі. Автоматично підтримуються оптимальний рівень зависипки й розподіл шихтових матеріалів на колошнику, тиск колошникового газу, витрата води на охолодження, температура й вологість дуття, а також зміст у ньому кисню й витрата природного газу. Автоматизовано перемикання повітронагрівачів і керування режимом їхнього нагрівання. Автоматичні аналізатори забезпечують безперервну реєстрацію складу колошникового газу й дуття. Впроваджуються системи автоматичного регулювання подачі дуття й природного газу як по загальній витраті, так і по окремих фурмах. Нові доменні печі оснащуються системами централізованого контролю й керування, які забезпечують усереднення показників приладів і підрахунок комплексних показників роботи печі. Ведуться роботи з комплексної автоматизації Доменне виробництво, у тому числі керування тепловим режимом доменної печі за допомогою ЕОМ. Показники роботи доменної печі залежать головним чином від якості сирих матеріалів і ступеня підготовки їх до плавки. Основні показники: добова продуктивність доменної печі в т и витрата коксу на 1 т чавуну. У СРСР продуктивність доменних печей іноді характеризується коефіцієнтом використання корисного обсягу (кипо), тобто відношенням корисного обсягу в м3 до добової виплавки передільного чавуну в т. Продуктивність доменної печі обсягом 3000 м³ - 7000 т чавуни в добу. В 1970 середній кипо склав 0,597 (у деяких випадках 0, 43-0,45). Витрата коксу на одиницю виплавлюваного чавуну має велике економічне значення внаслідок високої вартості коксу. Застосування додаткового палива дозволяє зменшити витрата коксу на 8 - 20% і знизити завдяки цьому собівартість чавуну. У СРСР при виплавці передільного чавуну з добре підготовленої багатої залізом шихти витрата коксу 550 - 600 кг/т, а на деяких заводах - не більше 450 - 500 кг/т.      Удосконалювання Доменне виробництво спрямоване на поліпшення підготовки сирих матеріалів до плавки, збільшення потужності (обсягу) доменних печей, впровадження прогресивної технології, автоматичного керування ходом доменної печі.

В 2002 році на ДМЗ був проведений капітальний ремонт доменної печі, з метою збільшення виробництва чавуну, підвищення якості, економії палива й поліпшення економічних показників. Було проведене поліпшення профілю печі, збільшення кількості форумів до 16. Були встановлені тензометричні коксові воронко ваги, обладнані нейронними влагомірами, побудовані газоочистні установки. Для керування технологічними процесами пекти обладнана сучасної АСУ. Рудний двір обладнаний 2 рудногрейферними перевантажувачами.

Рис. 2.4. Фотографія доменної печі ДМЗ

2.4 Робота доменної печі

Перед пуском пекти повинна бути добре просушена. Після сушіння пекти поступово завантажують паливом (дровами й коксом) і підтримують горіння при недостатньому припливі повітря, поступово збільшуючи його протягом 3- 4 днів до норми. Додаючи потім колоші руд і флюсів, а також через якийсь час, доводять колошу до нормальних розмірів. Сушіння й розігрів печі тривають кілька тижнів. Період роботи доменної печі від початку сушіння до першого випуску чавуну називається задувкою. Пущена в хід піч працює безупинно 4- 5 років. Цей період безперервної роботи називається кампанією.

Спостереження за роботою доменної печі ведеться за допомогою автоматичних і самописних приладів.

Шихта завантажується з розрахунку вагової кількості матеріалів, необхідних для виплавки чавуну заздалегідь заданого складу. Вихідними для розрахунку даними є хімічний склад всіх проплавлених матеріалів, палива й чавуну.

Випуск шлаків і чавуну виробляється в міру їхнього нагромадження; шлаки випускається перед випуском чавуну.

Випущені шлаки зливається в ковші, у яких він відвозиться у відвал. Випуск чавуну виробляється п'ять - шість разів у добу. Для випуску чавуну пробивають отвір у льотку ударами бура або лома. Після випуску льотку зашпаровують глиняною пробкою. Забивання льотки роблять пневматичною гарматою.

Чавун випускається по канаві на ливарний двір, де приготовлені форми, у яких він застигає у вигляді паць (свинок, багнетів). Іноді чавун у чавунні изложниці - товсті плити з поглибленнями для виливка паць. На ДМЗ розливання чавуну роблять на разливочній машині. Чавун, призначений для переділу в сталь, зливають у посудини великої ємності (до 1300 т) - міксери. Витримка в міксері дозволяє одержати однорідний метал з різних плавок і одночасно очистити його від сірки. Міксер має підігрівальний пристрій, завдяки якому чавун не застигає.

За роботою печі й станом проплавлюємих матеріалів спостерігають через оглядові отвори в кришці фурменого рукава. Усякого роду неправильності в роботі печі приводять до розладу її ходу й у результаті до випуску негідного чавуну. Особливо небезпечним є одержання в печі козла, тобто застиглого металу й шлаків, що приводить до припинення роботи печі.

На нагрівання повітря в каупері витрачається біля однієї третини вихідного з печі колошникового газу. Інша кількість газу використовується для газових двигунів, установлюваних для приведення в дію повітродувок, підйомників, кранів, динамомашин, а також для опалення й побутових потреб заводського селища.

Класифікація чавуну виробляється по його хімічному складі, що визначає його призначення. Відповідно до стандарту ДЕРЖСТАНДАРТ чавуни діляться на ливарні, передільні й спеціальні.

Ливарний (сірий) чавун іде на виробництво чавунного лиття. На чавунні виливки йде 20 - 25% усього виплавлюваного чавуну. Сірий чавун містить 4% вуглецю, де 3 - 3,5% графіту, до 4,25% кремнію, не більше 1,25% марганцю, до 0,7% фосфору.

Передільний (білий) чавун іде на переділ у сталь. Він буває мартенівський, бесемерівський, томасівський. У білих чавунах вуглець утримується у вигляді карбіду заліза Fe3C - цементит (він надає чавуну твердість і крихкість), до 2,5% марганцю.

Спеціальний чавун (феросплав) містить значна кількість кремнію або марганцю. Він застосовується для добавки в шихту сталеплавильних печей і печей для переплавлення чавуну.

Зміст сірки в чавуні з не більше 0,08%, фосфору - до 0, 3-0,7%.

3. Виробництво сталі

Сталі - залізовуглецеві сплави, що містять практично до 1,5% вуглецю. Крім вуглецю, сталь завжди містить у невеликих кількостях постійні домішки: марганець (до 0,8%), кремній (до 0,4%), фосфор (до 0,07%), сірку (до 0,06%), що пов'язане з особливостями технології її виплавки. У техніку широко застосовують також леговані сталі, до складу яких для поліпшення якості додатково входять хром, нікель і інші елементи. Існує понад 1500 марок вуглеродистих і легованих сталей - конструкційних, інструментальних, нержавіючих і т.д.

.1 Загальні відомості про сталеплавильне виробництво

Сировиною для одержання стали є руда, металобрухт, чавун. Як допоміжні метали використовуються оксиди кальцію, повітря, феросплави. Основним хімічним процесом сталеплавильного виробництва є окислювання вуглецю, кремнію, марганцю, сірки й фосфору.

Існує кілька способів одержання стали: конвертерний, мартенівський, електросталеплавильний. Співвідношення між цими видами міняється: якщо на початку 50- х р. 20 в. у мартенівських печах виплавлялося близько 80% виробленої у світі стали, те вже до середини 70- х рр. чільне положення зайняв киснево-конвертерний процес, на частку якого доводиться більше половини світової виплавки стали.

Отриману в сталеплавильному агрегаті сталь випускають у разливочний ківш, а потім або розливають у металеві форми - ізложниці, або направляють на установки безперервного розливання стали (машини безперервного лиття); лише близько 2% всієї виробленої сталі йде на фасонне лиття. У результаті затвердіння металу виходять сталеві злитки або заготівлі, які надалі піддають обробці тиском (прокатці, куванню). Безперервний спосіб розливання стали має незаперечні переваги перед розливанням в ізложниці. Однак поки переважна кількість металу розливається в ізложниці. Розливання стали - відповідальний етап С. п. Технологія й організація розливання значною мірою визначають якість готового металу й кількість відходів при наступному переділі сталевих злитків.

На ДМЗ реалізується мартенівський і електродуговий спосіб виплавки стали.

3.2 Мартенівський цех. Конструкція мартенівської печі

В 1856 році була запропонована конструкція полум'яної печі, що нагрівається сильно підігрітим пальним газом, що згоряє в атмосфері нагрітого повітря. Ця піч відома за назвою мартенівської; цех ДМЗ, де виробляється виплавка сталі в мартенівських печах, називається мартенівським. Зараз на заводі шість печей: 5 - по 140 тонн, 1 - на 170 тонн. З них 3 зараз перебувають на ремонті. Мартенівський цех ДМЗ складається з головного будинку, що включає шихтовий, грубний, разливочний і підготовчий прольоти, міксерного відділення, шихтового двору, будинку підготовки сталеразливочних складів, жужільного двору й складу злитків.

Рис. 3.1. - Мартенівська піч

Мартенівська плавка дає можливість уживати для виробництва стали не тільки чавун, але й залізний скрап, тобто різний залізний і сталевий лом і відходи металообробки. Звичайно, ці продукти з різних сторін печі.

По конструкції піч являє собою ванну, перекриту зводом з вогнетривкої цегли. У передній стінці печі перебувають завалочні вікна, через які завантажується шихта. Завантаження твердої сировини здійснюється за допомогою мульдозавалочних машин (зображених на малюнку 3.2.), які переміщаються на рейках (напольні) або в підвішеному стані (підвісні) уздовж фронту печі. Ці машини управляються операторами. Машини мають хобот, на який насаджується спеціальна ємність із шихтою - мульда. Під'їхавши до завалочного вікна, хобот проштовхує в піч мульду, перевертає її на 180, таким чином, здійснюється завантаження печі.

У задній стінці є випускний отвір для випуску стали.

Вогнетривка кладка печі з боку бічних стінок кріпиться масивними металевими стійками. Передні й задні стійки зв'язані між собою в поздовжньому й поперечному напрямку залізними арматурами завдяки чому утвориться міцна рама, що надійно кріпить всю піч.

У кожній із двох торцевих стінок печі строєні голівки, у яких проходять по двох похилих каналу для подачі в робочий простір печі газу й повітря.

Похилі канали кожної голівки з'єднуються за допомогою вертикальних каналів з розташованими під робочою площадкою печі регенераторами, що служать для підігріву повітря й газу. Регенератори повітряні і газові являють собою камери, усередині яких є насадка, виложена клітку вогнетривкою цеглою.

Між регенераторами й робочим простором печі розташовані так звані шлаковики, тобто камери для вловлювання пилу, що виноситься з печі, і краплі шлаків.

Перемикання повітряних і газових регенераторів виробляється по ходу плавки за допомогою перекладних клапанів.

Основними видами палива для мартенівської печі є суміш доменного й коксового газів або генераторний газ.

Газогенератор, у якому відбувається газифікація порівняно дешевих сортів твердого палива, являє собою залізний циліндр, виложений усередині вогнетривкою цеглою. У нижній частині газогенератора є колосникові ґрати, на поверхню якої засипається шар кам'яного вугілля, антрациту, торфу або навіть дрібно розколотих дров. У нижній частині газогенератора перебуває завантажувальний механізм, що коштує з лійки й закриваючого її конуса. Для відводу із шахти газогенератора газу, що утвориться, у верхніх рядах вогнетривкої цегельної кладки залишається отвір. До нього примикає газопровід, що з'єднує газогенератор з мартенівською піччю. Виробництво стали в мартенівських печах на ДМЗ здійснюється скрап - рудним процесом. Використовується металобрухт, рідкий чавун і тверді окислювачі. Як флюсующі добавки використовують вапняк, плавиковий шпат, алюмофлюс.