Отчет по практике в ОАО «Уральская Сталь»

 

Рисунок 3.1 - Поперечный разрез шихтового отделения

 

В шихтовое отделение поступают предварительно подготовленные рудные компоненты шихты, известняк, топливо, возможные добавки, тут их дозируют в нужном соотношении  и направляют для смешивания и  окомкования (рисунок 3.1). Шихтовое отделение представляет собой систему бункеров, оборудованных конвейерами 2. Поступающий материал через реверсивный конвейер 1 загружается автостелой 3 в бункер с соблюдением, требований по усреднению материалов. В нижней части бункеров установлены дозаторы 4, обеспечивающие дозированную выдачу материалов. Их работа обычно управляется системой автоматического дозирования. Поданные в заданном соотношении материалы и топливо на сборный конвейер 5 составляют готовую шихту, которая направляется дальше для смешивания и окомкования.

После стадии подготовки шихтовые материалы поступают  в соответствующие бункера корпуса  дозировки. Из этих бункеров с помощью  тарельчатых питателей и автоматических весоизмерителей материалы дозируются (т.е. выдаются в определённых количествах) на шихтовый транспортёр. Затем из отстойника в шихту вносится пульпа (тестообразная масса — продукт мокрого улавливания внутрицеховой производственной пыли). Составленная шихта направляется в корпус первичного смешивания, где в неё добавляется горячий возврат (агломерационная мелочь крупностью 0-10 мм). Подогретая возвратом шихта загружается в смесительный барабан, в котором происходит смешиваний составляющих шихты в однородную массу. Затем шихта загружается в барабанные окомкователи, где увлажняется до 6-8% и окомковывается. Цель окомкования — повышение газопроницаемости шихты.

Окомкованная шихта равномерно загружается на непрерывно движущиеся паллеты агломашин (рисунок 3.1).

 

 

1 – барабанный  питатель для загрузки шихты; 2 – направляющие  рельсы; 3 – зажигательный   горя; 4 – спекательные тележки (палеты); 5 – звездочка на разгрузочной части машины; 6 – вакуум-камеры; 7 - приводное колесо (звездочка)

 

Рисунок 3.2 - Схема агломерационной машины

 

Загруженная на аглоленту шихта (высота слоя 210 мм) медленно (со скоростью 1,5-2,0 м/мин) проходит под горном агломашины, в котором горит природный газ. Температура пламени горящего газа достигает 2200-3000 °C. От газового пламени воспламеняется топливо шихты (кокс). Горение топлива в шихте поддерживается в результате просасывания атмосферного воздуха сквозь шихту сверху вниз под воздействием отсасывающих насосов-эксгаустеров. Зона горения постепенно передвигается серху вниз по высоте слоя шихты до колосников со скоростью 10-40 мм/мин. При достижении зоны горения колосников процесс спекания заканчивается. Обычно он продолжается 10-20 мин. После того, как агломерат готов, он некоторое время движется на паллетах аглоленты, и через него всасывается воздух, ускоряя охлаждение. В момент, когда зона горения достигает колосников паллеты, паллеты выходят в закругления загрузочной части аглоленты и опрокидывается. С опрокинутой паллеты агломерат сходит на самобалансный грохот, на котором отсевается часть мелких кусков (первичный возврат, крупность 0-10 мм). После этого агломерат охлаждается в чашевых охладителях под воздействием просасываемого атмосферного воздуха. Охлажденный агломерат подвергается грохочению на виброгрохотах корпуса сортировки, в ходе которого из агломерата отсеивается мелочь 0-5мм (вторичный возврат).

Фосфор  при агломерации не выгорает. К качеству готового агломерата предъявляются следующие требования: Fe = 54,5%, FeO = 9-14,5%, S- не более 0,06%. Мелочь 0-5 мм - не более 19%; показатели прочности после испытания в барабане Рубина: прочность на удар (выход класса "+5 мм") - не менее 68,3%, прочность на истирание (выход класса "-5 мм") - не более 8%, кусковатость – 10 мм и более, основность (CaO*SiO₂) = 1,25 ± 0,15 .

   Агломерат, производимый в аглоцехе является офмосованным. Применение такого агломерата дало большой эффект в доменном производстве. Во-первых, в доменной печи исключается процесс разложения известняка, в результате чего сокращается расход топлива(кокса). Во-вторых, возрастает объем загружаемого в печь железорудного сырья за счёт исключения известняка, что приводит к увеличению выпуска чугуна. В-третьих, улучшается восстановимость агломерата, так как окись кальция известняка и извести образуют с кремнеземом силикаты, освобождая Fe из химических соединений.

 

 

 

 

 

 

 

4 Доменный цех

4.1 Общее описание цеха

 

До 1955 года весь выработанный в Новотроицке  кокс отправляли на сторону, так как  своих доменных печей в то время  на комбинате еще не было. Возвращение первой домны означало, что отныне комбинат начинает плавить свой металл. 3 марта 1955 года началась загрузка первой домны Орско-Халиловского металлургического комбината шихтой. Машинисты вагон - весов отправили в печь первые скипы руды, кокса, известняка. 4 марта печь к задувке была готова. 5 марта пустили первый чугун. 27 августа 1958 года была задута печь №2. В марте 1963 года выдала первый чугун печь №3. 18 ноября 1973 года был подписан акт о сдаче в эксплуатацию доменная печь №4.

Доменный цех имеет  в своём составе:

• 4 доменные печи;
• 4 разливочные машины;
• 2 склада холодного чугуна;
• шлакоперерабатывающая установка;
• отделение обжига Новокиевской руды.

Доменный цех в качестве топлива  использует кокс. Железорудным сырьём служит агломерат, окатыши Лебединского ГОКа, сырая Лебединская руда, Новокиевская руда (сырая и обожжённая), металлический скрап из копрового цеха. В качестве флюса используется известняк Аккермановского рудника.

Агломерат из аглоцеха поступает прямо в бункера доменных печей. 
Окатыши  выгружаются из железнодорожных вагонов вагоноопрокидывателем №3 аглоцеха и транспортируются также в бункера доменных печей, однако, как и агломерат, могут быть выгруженными при их избытке на рудный двор доменного цеха. Остальные руды известняк и скрап подаются на разгрузочную эстакаду доменного цеха. Выгрузка их из железнодорожных вагонов осуществляется вручную. Выгружаются они преимущественно на рудный двор. Размещение материалов в штабели рудного двора и забор их в бункера доменных печей осуществляется двумя грейферными кранами.

Из бункеров доменной печи каждый материал в определённом количестве подаётся в вагон весы. Вагон весы доставляют шихтовый материал к скиповой яме и выгружают его в скип. Скип поднимается по наклонному подъёмному устройству на самый верх доменной печи и высыпает материал в печную приёмную воронку. Из приемной воронки материал поступает в колошник доменной печи. Загружаемые в печь шихтовые материалы медленно движутся сверху вниз. Период плавки, составляет 4-6 часов, степень нагрева проплавляемых материалов зависит от того, как далеко они расположены от горна и какой газопроницаемостью обладают.

Загружаемая шихта в печи подвергается различным физико-химическим процессам. В зоне колошника она подсушивается, здесь же выделяются из кокса летучие вещества органического происхождения. В шахте доменной печи происходит восстановление оксидов железа окиси углерода и водорода Железо, восстановленное в доменной печи, поглощает углерод, образуя чугун. Капля чугуна скапливается на лещади печи. Одновременно с чугуном образуется шлак, который сосредотачивается поверх жидкой массы чугуна. По окончании периода плавки:

• из печи через шлаковые летни откачивается шлак;
• через чугунные летни выпускается чугун.

Шлак отправляют на шлакопереребатывающую установку. Чугун отгружается в мартеновский цех, либо поступает на разливочные машины, где разливаются чушки. Охлаждённый чугун направляется на склады холодного чугуна, где производится складирование и отгрузка, которая осуществляется с помощью магнитных кранов.

В доменных печах выплавляется в  основном предельный коксовый чугун. Выплавляется также литейный коксовый и литейный хромоникелевый чугун. Эти чугуны отгружаются машиностроительным предприятиям. Гранулированный шлак поставляется местному цементному заводу, доменный газ используется в цехах комбината.

Доменный  цех характеризуется непрерывностью производства и занимает ведущее  положение завода с замкнутым  циклом, т.к. помимо чугуна вырабатывает доменный газ, используемый другими  цехами как топливо. Работа доменного  цеха складывается из нескольких комплексов и операций. Главный агрегат цеха - доменная печь. В состав доменного производства входят четыре доменные печи полезными объемами: ДП № 1 - 1007 м³, № 2 - 1033 м³, № 3 - 1513 м³, № 4 - 2000 м³.

Доменные  печи загрязняют воздушный бассейн  пылью, окисью углерода, сернистым ангидридом и окислами азота.

Подбункерные помещения доменных печей № 1 - 2 оборудованы вагон-весами, доменных печей 3 - 4 - автоматизированными системами. Подбункерные помещения доменных печей являются одними из основных источников выбросов пыли.

Значительное  количество вредных выбросов выделяется в атмосферу из межконусных пространств доменных печей.

Доменные  печи № 1 - 4 оснащены системой подавления выбросов из межконусного пространства с отводом газа из межконусного пространства в газопровод доменного газа и подачей в межконусное пространство (для выравнивания давления перед опусканием большого конуса) очищенного доменного газа. Большое количество пыли и оксида углерода выбрасывается через фонари литейных дворов доменных печей.

Открытый гранбассейн является источником выделения серной кислоты, сероводорода и диоксида серы, воздухонагреватели - оксидов азота и оксида углерода.

Чугун из доменной печи направляется на разливочные  машины, шлак - на шлакоперерабатывающую установку. Колошниковая пыль используется на аглофабрике для производства агломерата.

4.2 Описание доменной печи  №1

 

Чугун выплавляется из железных руд в специальных  печах, называемых доменными. Отсюда процесс  получения чугуна из железных руд  называется доменным процессом.

Доменная  печь – вертикальная печь шахтного типа. Ее высота (до 35 м) примерно в 2,5-3 раза больше диаметра.

Стенки  печи выкладывают из огнеупорных  материалов – в основном из шамота. Нижнюю часть горна и его основание (лещадь) выполняют из особо огнеупорных  материалов – углеродистых (графитизированных) блоков. Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают (примерно на 3/4 высоты печи) металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Для уменьшения расхода воды (для крупных печей до 70000 м³ в сутки) применяют испарительное охлаждение, основанное на том, что поглощаемое тепло используется для парообразования.

Кладка  печи снаружи заключена в стальной кожух толщиной до 40 мм. Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю  часть (шахту) сооружают на стальном кольце, опирающемся на колонны.

Доменная  печь имеет большое количество специальных  устройств и механизмов, обеспечивающих беспрерывность процесса. Большинство  механизмов работает автоматически.

 

 

1-скип; 2-засыпной аппарат; 3-доменная печь; 4-фурменные отверстия; 5- чугунная  летка; шлаковая летка; 7-воздухонагреватели; 8-газоочистительные устройства; 9-дымовая  труба

Рисунок 3.3 - Схема доменной печи

 

Смесь из руды, кокса и флюса  подготовляется в определенной пропорции  для загрузки в доменную печь. Такая  смесь называется шихтой. Специальный  подъемник — скип 1 перемещающийся по наклонным путям, доставляет шихту  к верхней части доменной печи, откуда она через засыпной аппарат 2 поступает в печь 3.

Для поддержания интенсивного горения  загружаемого кокса необходимо большое  количество воздуха. Воздух подается в  печь через специальные отверстия 4 в нижней части печи, которые  называются фурменными отверстиями. Чтобы воздух пробил высокий столб шихты и проник во все части печи, а также, чтобы имелось достаточное количество кислорода для сгорания всего топлива, воздух вдувают в печь под давлением в 1—2 атм. Воздух подогревается до температуры 600—800°, так как вдувание большого количества холодного воздуха снижает температуру внутри печи, в результате чего процесс плавки руды замедляется.

Подогрев воздуха осуществляется в воздухонагревателях 7, которые  строятся рядом с доменной печью. Воздухонагреватели отапливаются доменным (колошниковым) газом, получающимся при  выплавке чугуна. Доменный газ предварительно очищается от пыли в специальных  газоочистительных устройствах 8. Продукты сгорания из воздухонагревателей удаляются  через дымовую трубу 9.

Полученный в печи жидкий чугун  опускается в нижнюю ее часть, откуда периодически выпускается через  отверстие 5, называемое чугунной леткой. В специальных ковшах большой  емкости чугун от доменной печи отвозится  в сталеплавильные цехи для переработки  в сталь или к разливочной  машине для получения чугунных чушек.

Пустая порода, флюсы и зола топлива  образуют в печи жидкий шлак, который  имеет меньший удельный вес, чем  чугун, и поэтому располагается  над жидким чугуном. Шлак выпускается  из печи через шлаковую летку 6 и  направляется для переработки и  дальнейшего использования в  качестве строительного материала или в шлаковый отвал. 
Доменная печь работает беспрерывно по принципу противотока: исходные материалы загружаются сверху, постепенно опускаются вниз, превращаясь в чугун и шлак, а газы, нагревшиеся в нижней зоне печи, поднимаются кверху навстречу исходным материалам.

Печь имеет наружную стальную оболочку, которая называется кожухом, и внутреннюю кладку, или футеровку. Футеровка  должна устойчиво сопротивляться износу от трения беспрерывно опускающихся столбом исходных материалов, выдерживать  действие высоких температур, не расплавляясь и не давая деформаций. Поэтому для футеровки применяется высококачественный огнеупорный (шамотный) кирпич.

4.3 Физико-химические процессы в доменной печи

 

Доменная печь работает по принципу противотока. Шихтовые материалы –  агломерат, кокс и др. – загружают  сверху при помощи засыпного (загрузочного) аппарата. Навстречу опускающимся материалам снизу вверх движется поток горячих  газов, образующихся при сгорании топлива (кокса), а также природного газа. В доменной печи протекают  следующие основные процессы: 1. Восстановление железа.  Этот процесс происходит  последовательно от высших оксидов  к низшим и далее к чистому  металлу : Fe2O3 – Fe3O4 – FeO – Fe  Главными восстановителями  железа в доменной печи являются  оксид углерода(I) и твердый углерод  кокса. Оксид углерода(I) образуется  при взаимодействии углекислого  газа с раскалённым коксом:  C + CO2=2CO Восстановление оксидом  углерода называется косвенным (непрямым) восстановлением и происходит по реакциям: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 - Q FeO + CO = Fe + CO2 + Q. Восстановление Fe2O3 начинается при сравнительно низких температурах (400-5000С) в верхней части шахты печи. По мере опускания рудных материалов повышаются температура и содержание СО в доменных газах; при этом создаются условия для окончательного восстановления железа. Эти процессы заканчиваются в нижней части шахты печи при температурах около 900-9500 С.  Значение косвенного восстановления очень велико. В зависимости от условий работы печи оксидом углерода СО восстанавливается 60-80% всего железа. Остальная часть железа восстанавливается твердым углеродом.  Восстановление твердым углеродом называется прямым восстановлением. Оно происходит при температурах выше 950-10000 С (зона распара печи) по реакции: FeO + C = Fe + CO – Q. Следует отметить, что эта  реакция отражает лишь конечный результат  процесса прямого восстановления, который  протекает в две стадии: FeO + CO = Fe + CO2 + Q CO2 + C = 2CO– Q FeO + C = Fe + CO2 – Q. Таким образом, при прямом восстановлении расходуется только углерод кокса, хотя реагентом, взаимодействующим  с FeO, является оксид углерода СО. Непосредственное восстановление оксидов железа при контакте с углеродом кокса практически не происходит. Уже в шахте доменной печи при температурах выше 400-5000 С наряду с восстановлением железа происходит и его науглероживание за счет оксида углерода СО по реакции: 3Fe + 2CO = Fe3 C + CO2 + Q. Карбид железа Fe3С хорошо растворяется в твердом железе и постепенно образуется сплав железа с углеродом. С увеличением содержания углерода температура плавления сплава значительно понижается и достигает минимального значения 11470С при 4,3%. В зонах печи с высокими температурами – обычно в нижней части шахты – начинается плавление сплава. Жидкий сплав – чугун, стекая вниз, омывает куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается. В нем также растворяются восстановленный марганец, кремний, сера и другие примеси. Конечный состав чугуна устанавливается в горне. При этом большое значение имеют состав, свойства и количество шлака. 2. Восстановление других элементов.  В доменную печь  с шихтовыми материалами попадают  марганец, кремний, сера и другие элементы в виде различных химических соединений. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна, улучшая или ухудшая его свойства. Постоянными полезными примесями  чугуна являются марганец и кремний, вредными – сера и фосфор. Марганец – постоянная примесь железных руд. При выплавке чугунов с повышенным содержанием  марганца в доменную печь загружается  марганцовая руда.  Высшие оксиды марганца восстанавливаются до оксида марганца MnO окисью углерода, аналогично окислам железа: MnO2 - Mn2O3 - Mn3O4- MnO. Закись марганца восстанавливается  твердым углеродом по реакции: MnO + C = Mn + CO – Q. Эта реакция протекает  при температурах выше 11000 С с поглощением тепла. Поэтому для восстановления марганца требуется увеличить расход кокса и температуру дутья. Например, при выплавке зеркального чугуна с 10-25% Mn расход кокса увеличивается в 2-2,5 раза. Значительная часть MnO находится в виде силикатов, из которых может быть выделена известью. Таким образом, дополнительным условием для увеличения степени  восстановления марганца является достаточное  количество извести CaO в шлаке, т.е. его повышенная основность. Кремний находится в пустой породе руды и в золе кокса в  виде свободного кремнезема SiO2 или в виде силикатов (SiO2·2СaO и др.).  Восстановление кремния происходит из кремнезема SiO2 по реакции: SiO2 + 2С = Si + 2СО – Q. По-видимому, кремний восстанавливается  из SiO2 и карбидом железа Fe3C.  Эта реакция протекает с поглощением тепла при температурах не ниже 14500 С. Поэтому для выплавки чугуна с повышенным содержанием кремния необходимо значительно увеличивать расход кокса и применять высокотемпературное дутье, обогащенное кислородом. Для увеличения количества свободного кремнезема в шлаке необходимо уменьшать в нем содержание извести CaО, т.е. понижать его основность.  Другие полезные примеси – никель, ванадий, титан и т.д. – попадают в доменную печь в виде примесей железной руды. При доменной плавке никель восстанавливается и переходит в чугун полностью, хром – на 85-95%, ванадий – на 70-80%. Фосфор – вредная примесь  железных руд находится в них  главным образом в виде P2O5· 3СaO. Восстановление фосфора происходит окисью углерода СО, водородом, а также твердым углеродом. Весь фосфор, внесенный шихтой, восстанавливается и переходит в чугун практически полностью. Сера – особенно вредная  примесь в чугуне (а также в  стали). Основное количество серы вносит кокс, часть – железная руда. В  доменной печи 10-20% серы удаляется в  виде соединений. Остальная часть  серы переходит в чугун и в  шлак в виде сульфидов FeS, CaS и др. Сульфид железа FeS хорошо растворяется в чугуне. В условиях доменной плавки основным способом десульфурации, т.е. удаления серы из металла, является образование сульфида кальция CaS по реакции:  FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Сульфид кальция CaS нерастворим в чугуне и находится в шлаке. Наиболее интенсивно эта реакция протекает при прохождении капель чугуна через слой шлака. Из этой реакции следует, что одним из основных условий  удаления серы из металла является достаточное количество извести  CaO в шлаке. Удалению серы способствует высокая температура в горне; с нагревом уменьшается вязкость шлака, что улучшает диффузию сульфидов и способствует восстановлению FeO. Часть серы удаляется с  помощью MgO (всегда содержащемся в шлаке), а также марганца по реакциям:  FeS + MgO = FeO + MgS  FeS + Mn = Fe + MnS. Сульфид магния MgS нерастворим в металле, а сульфид марганца MnS растворяется незначительно. Широкое распространение получило внедоменное удаление серы из чугуна. При выдержке его в ковшах-чугуновозах и в миксере часть серы может переходить из металла в шлак в виде сульфида марганца MnS, так как растворимость этого соединения в металле при понижении температуры уменьшается. Такой способ дает хорошие результаты при содержании в чугуне более 2% Mn.  Одним из опробованных в промышленных масштабах способов внедоменного удаления серы является обработка чугуна в выпускном желобе или в чугуновозе содой NaCO3 (1% от массы чугуна). Сера удаляется по реакции: FeS + NaCO3 = FeO + Na2S + CO2. Образующийся при этом сернистый натрий Na2S переходит в шлак. В настоящее время проводят исследование работы по изысканию других недефицитных и дешевых реагентов. Шлакообразование начинается примерно в распаре печи. Первичный шлак образуется в результате сплавления CaO, SiO2, Al2O3 и других окислов, находящихся в составе флюса и пустой породы руды. При определенных соотношениях по массе эти тугоплавкие окислы могут образовывать легкоплавкие смеси – сплавы с Т пл = 1150-12000 С. Стекая вниз и накапливаясь в горне, шлак существенно изменяет свой состав. В результате взаимодействия с расплавленным чугуном и остатками несгоревшего кокса в шлаке восстанавливаются окислы железа и марганца, в нем растворяются FeS, MnS, зола кокса и т.д. Химический состав шлака определяет состав чугуна и поэтому при выплавке передельных, литейных и других чугунов всегда подбирают шлак соответствующего состава. Типовой состав шлака: 40-50% CaO; 38-40% SiO2; 7-10% Al2O3.