Литература -->  Доменное производство металла 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155

газоотводн. трубы или просачивающийся через ее неплотности, также указывает на ход печи: норм, ход дает почти прозрачный или белесоватый газ; сильный вынос пыли и сырой ход характеризуются бурым, холодный ход-темным цветом газа. Нормальная t° газа на колошнике 250-300° при сухой руде; повышение t° указывает на неправильное распределение 1°ъ печи, против чего необходимо немедленно принять меры. Колошник д. б. снабжен регистрирующим пирометром; в последнее время появились автоматическ. 1азоанализаторы, показывающие количество СО и СО2 в газах. Заключение о ходе печи нельзя делать по одному какому-либо признаку; необходимо сопоставлять целый ряд наблюдений и признаков и только тогда принимать те или иные меры для регулирования хода печи.

Ведение плавки. Шихта, т. е. количество разных материалов, в определенных весовых соотношениях идущих в плавку, д. б. подсчитана, исходя из состава и количества проплавляемых материалов и сорта требуемого чугуна.Существует несколько способов расчета шихт. Р1з них наиболее рациональный разработан проф. М. А. Павловым. Основной величиной в подсчете шихты яв-.пяется расход топлива. В наших условиях можно считать расход кокса на единицу чугуна: на мартеновский чугун 1,0-1,05; на бессемеровский 1,05-1,10; на низшие сорта литейного 1,10-1,15; на высшие сорта литейного 1,15-1,20; на специальные чугуны (ферроманган, ферросилиций, силикошпи-гель) 2,5-3. На передельн. чугун в америк. и европ. доменных печах при хорошем коксе и сортированных, частью даже аггломерированных, рудах расходуется 0,85 (временами далхе до 0,8); расход древесного угля у нас около 1, в америк. и шведских печах он несколько менее: 0,9-0,85.

Горячие кремнистые чугуны коксовой плавки требуют более тугоплавких и менее богатых руд и весьма основных шлаков для удаления серы. На передельные чугуны предпочтительно идут богатые, легко восстановимые руды и менее основные шлаки. При излишнем разогреве печи увеличивают сыпь в колошу, т. е. дают больше руды на то же количество топлива, и наоборот; если по условиям процесса желательно увеличить количество железа, во останов ляемо-го твердым углеродом, и этим охладить горн, дают болеетрудно восстановимую руду. В случав сильного похолодания печи дают холостые колоши топлива и облегчают шихту. Для разогревания похолодавшей печи, замедления излишне быстрого хода и при по-.иучении более горячих высококремнистых чугунов повышают Г дутья (до 750-800°) и уменьшают его количество. При получении более холодных чугунов и в случае излишнего разогрева печи предпринимают обратные действия. Средней t° дутья на передельный чугун у нас надо считать 650-700°; специальные чугуны требуют наивысшей Ь° дутья (8004-900°).

Расстройство хода печи. Обычные и ежедневные отклонения от нормального хода печи состоят в следующем: 1) в похолодании печи вследствие ускоренного хода;

2) в похолодании горна вследствие срабатывания настылей из-за неправильного распределения t° в печи; 3) в похолодании с образованием в середине печи столба плохо обработанных холодных материалов;4) в боковом ходе, когда одной стороной печь работает лучше, чем другой, что является следствием неравномерного распределения материалов на колошнике, неправильного разгорания кладки в старых печах, и проч. Средством к исправлению хода в первых трех случаях служит усиление нагрева печи повышением t° дутья; в третьем случае бывает также полезно поставить на фурмы кольца, суживающие их диаметр; в четвертом-приходится забивать 1-2 фурмы глиною. При излишнем разогреве печи (что обычно сопровождается подвисанием шихты) бывает весьма полезно дуть несколько минут (10-ЬЗО) холодным воздухом, а затем принять обычные меры к охлаждению хода печи. Если вовремя не принять мер к исправлению хода печи, то расстройство усиливается п сопровождается обычно подвисанием шихты в ночи, что может повести при последующе!! осадке к очень сильному и даже совершенному загромождению горна непроплавлен-ными материалами. Последнее скорее всего может случиться,когда получаются условия, благоприятные для оползания большого количества настылей с высших горизонтов, или когда шихта по своему составу доллша дать ненормально основные и тугоплавкие шла-1СИ (от ошибки в ее составлении при сильно 1олеблющемся состр,ве руды или большом выносе пыли в колошниковых газах).

Подвисание шихты м. б. результатом похолодания или излишнего разогрева печи; по месту своего образования бывает нижним и верхним. При нижнем подвисании образуется свод в области заплечиков или столб непроплавленных материалов в середине печи; при верхнем -свод в области шахты, к-рый опирается на уступы в сильно разгоревшей ее части, или же причиной подвисания является аморфный углерод, обильно выделившийся по реакции 2 COCOg + C при 400-600°, особенно у стенок печи, и заклинивший материал. В случае сильного расстройства хода приходится или значительно уменьшать количество дутья или, когда печь совершенно не пропускает газа вверх, продувать его через открытую шлаковую или чугунную летку и этим постепенно разогревать горн. Иногда приходится разогревать горн нефтяной форсункой через летку или фурму.

Работы у печи. Выпуск чугуна производится в современных печах 3-5 раз в сутки. Для выпуска чугуна отверстие в летке сначала разделывают буром, т. е. лелез-ным 50-жл* стержнем, длиной 4-4,5 м, со стальными концами, откованными и заточенными в виде полукруглой лопаточки; рабочий ударяет им в разбуриваемое место, поворачивая его с каждым ударом; когда до чугуна остается нетолстая стенка, ее пробивают стальным ломом, толщ. 35-40 мм, с конически заостренным концом. В последнее время за границей стали распространяться машины для бурения летки. Поршень, приводимый в движение сжатым воздухом или



паром, сообщает буру ударное переменно-возвратное движение; поступательное же двиясение ему сообщается при помощи винтового хода наподобие супорта токарного станка. Разливка чугуна производится на литейном дворе в песчаные изложницы или в особые чугунные открытые формы. За границей распространены специальные разливочные машины ленточного или карусельного типа с производительностью до 100 т чугуна в час. Формовка чушек в песке у нас идет вручную, а в Германии употребляют специальные формовочные машины, подготовляющие за час формовку для 90 т чугуна. Разлитый чугун после остывания (для чего его поливают водой) разбивают молотами и убирают или вручную или магнитным мостовым краном. Существуют и машины для ломки чугуна на месте формовки или в виде отдельно стоящего пресса.

После разливки чугуна леточное отверстие заделывают глиняной пробкой, к-рую помещают на конце длинной трамбовки и вгоняют до конца отверстия ударами кувалды; остальную часть отверстия забивают глиной помощью трамбовки. Правильный уход за чугунной леткой имеет весьма вансное значение: в случае небрежной забивки выпуска возможны самопроизвольные побеги чугуна в летку со всеми иеприятн. последствиями этого и разъедание брони близ летки. Глиняная стенка леточного отверстия, в к-рой дернштся глиняная пробка, с течением времени выгорает, как и стенка горна вокруг нее; в таком случае предпринимают ремонт летки: для этого удаляют, насколько возмо-жпо, старую глину и через получившееся широкое отверстие (диам. 200-1-300 мм) забивают в горн глину трамбовкой, стараясь растолкать ее в бока; такой ремонт продол-лтется 1,5-2,5 часа и требует 0,5-1,0 т глины. За границей и на многих заводах Украины для ремонта летки и для забивки ее после выпуска применяют особую паровую или пневматич. машину, называемую у нас пушкой. Она состоит из цилиндра, в к-ром шток поршня получает возвратно-поступательное движение; другой поршень, сидящий на конце штока, гонит глину через конич. насадку в леточное отверстие. Ш л а-ковая летка не требует никакого особого ухода. Выпуск шлака производится обычно 1-2 раза между выпусками чугуна; часть шлака выходит при выпуске чугуна. От времени до времени приходится чистить от застывшего шлака шлаковые нелоба, а равно и чугунное, выложенное кирпичом, корыто у летки. Канаву в песке, по которой проходит чугун к формовке, необходимо возобновлять после каждого выпуска.

Не менее валяной работой у печи является уход за коуперами. От уменья газовщика (рабочий на коуперах) зависят в значительной степени нагрев дутья и расход газа. Правильное соотношение количеств газа и воздуха устанавливается по цвету пламени горящего газа. В коуперах, оборудованных регуляторами дав.дения газа, а особенно при автоматическом регулировании количества подаваемого воздуха, правильное слигание проверяется анализом дыма, а не по цвету пламени.

г. Э. т. VII.

Холодильные приборыстечением времени прогорают или лопаются; чаще других портятся фурмы, фурмовые и шлаковые амбразуры, в особенности при жесткой воде, а также в случае срабатывания железистых настылей со стенок печи. Порча холодильника обнаруживается или по просачиванию воды или по перебоям в струе воды в водоотводной трубке; в фурме струю воды молгно заметить через гляделку на остановке дутья. Попадание большого количества воды в печь отражается на шлаке и на воспламеняемости колошникового газа.

О работах у печи, имеющих более редкий и случайный характер, необходимо отметить следующее. Иногда не удается пробурить отверстие в летке вследствие нарастания лещади или застывания чугуна в неудачно забитой летке; в этом случае ее прожигают кислородом или ацетиленом. При подвисании печи, когда сильно повышается давление газов в горне при сильно сработанных стенках его, газы могут прорываться наружу через неплотности кладки и брони, при чем м. б. продуто иногда довольно значительн. отверстие, через к-рое начинает выходить шлак; в этом случае на выходящую струю шлака направляют струю воды, отчего он застывает, образуя в отверстии пробку. Места, где вырывается только газ-, по возможности замазывают глиной. Прорывы чугуна или шлака через разъеден, стенку горна и расплавлен, броню часто влекут взрывы с весьма тяне-лыми последствиями; в этих случаях приходится останавливать печь, иногда на много часов, разламывать вытекший чугун и все разрушения заделывать глиной и кирпичом.

Остановки и пуск в ход печей. Иногда бывает необходимо после предварительной подготовки остановить все или некоторые печи цеха для чистки газопроводов, производства не терпящих отлагательства ремонтов или вследствие непредвиденной за-дерлки в снабжении материа.пами. Если печь после остановки можно пустить на горячем дутье, то лше, чтобы кокс в ней совершенно потух. Подготовка состоит в том, что дают несколько холостых и облегченных колош, в расчете, чтобы они пришли в горн к моменту остановки печи. При остановке печей необходимо обращать особое внимание на следующее: 1) все отверстия в печи тотчас после ее остановки д. б. тщательно замазаны глиной, чтобы в печь не проходил воздух и не происходило подгорания кокса; 2) в колошник следует засыпать 154-30 ш гранулированного доменного шлака, оставив печь на 2--3 колоши не полной; 3) д. б. тщательно проверено, не поступает ли вода в печь через какой-либо прогоревший холодильник; 4) воздуходувки останавливают только после забивки фурм глиной; 5) на остановке газовщик должен следить, чтобы нигде не могла образоваться взрывчатая смесь газа и воздуха. При пуске после остановки всех печей цеха надо принимать меры к тому, чтобы не нолучпть взрыва или хлопка в газопроводах, что часто случается, в особенности при наличии длинных газопроводов или больших сухих газоочистителей. Для этого необходимо: 1) воздуходувки пустить раньше и в течение 10-!-15м.



продувать коупера и воздухопровод; 2) пускать печь на большом количестве воздуха и работать так 154-20 мин., пока не появится много газа; 3) принимать газ на газопровод только тогда, когда будет достаточное давление его на колошнике; 4) выдавливать газом воздух из газопроводов и газоочистителей вниз через нижние люки.

Выдувка печи. При выдувке печи стремятся как можно ниже опустить материалы, чтобы меньше было работы при его выгребании; при удачной выдувке материал м. б. опущен до уровня фурм. Главная опасность при выдувке - порча засыпного аппарата вследствие высокой температуры колошника. Чтобы шихта опускалась ровнее и не слишком падало давление, дают в печь 1004-150 т доменного шлака или известняка (последнее лучше, но дороже). Известняк, разлагаясь, дает много СО г в газах, вследствие чего они становятся не столь горячими и взрывчатыми.

Лит.: П а в л о в М. А., Металлургия чугуна. Сырые материалы, доменный процесс. Л., 1924; его т е, Металлургия чугуна, СПБ, 1910; его ж е, Альбомы чертежей по доменному производству, 1 изд., Екатеринослав, 1902, 2 изд., СПБ, 1908; Липин В. П., Металлургия чугуна, железа и стали, т. 3, ч. 1, Д., 1926; Ж е н д 3 я н С. В., Производство чугуна и устройство доменных печей, Харьков, 1927; ЖРМО , с 1910; Металлург -орган научно-технических кру.к-ков втузов СССР, Л., с 1926; Павлов М. А., Расчет доменных шихт, Л., 1923; тоже в переводе на франц. яз. с добавлением новейших данных: Р а w 1 о f f М., Calcul du lit dc fusion des liauts fourneaux, Paris, 1924; Johnson J. E., The Principles, Operation, and Products of the Blast Furnace, New York, 1919; О s a n n в., LehrbucJi der Eisenhilttenkunde, B. 1- Roheisenerzeugung, 2 Auflage, Leipzig, 1923; Johnson J. E., Blast Furnace Construction in America, New York, 1917. A. Новоспасский.

III. Доменный процесс.

Физико-химические явления. Сырые материалы Д. п.-железная руда, топливо (древесный уголь, кокс, антрацит) и флюс, или плавень (обыкновенно известняк, иногда доломит),-будучи загрунсены в доменную печь, непрерывно опускаются в ней, вследствие образования сгорающим топливом пустоты в горне. На своем пути вниз ма-териа.лы омываются восходящими газами и под влиянием теплоты изменяют свое физическое состояние, переходя в жидкое и газообразное; благодаря же восстановительному действию газов и раскаленного углерода топлива они испытывают сложные химические превращения.

1. Процесс удаления летучих веществ. Первым и простейшим по своей сущности процессом, совершающимся в верхних горизонтах доменной печи, является удаление летучих веществ-влаги, гидратной воды, углекислоты и продуктов сухой перегонки из обугленного при низкой 1° топлива. Вследствие плохой теплопроводности всех плавильных материалов, выделение из внутренних частей кусков этих материалов улетучивающихся газов происходит на таких горизонтах печи, где продукты горения и даже топливо в своих наружных частях имеют настолько высокую t°, что мелоду летучими веществами, газами и топливом могут происходить реакции, в результате которых из водяных паров и углекислоты получаются водород и окись углерода.

2. Процесс восстановления. Вслед за удалением летучих веществ, а в случае незначительного содержания воды в плавильных материалах одновременно с ним, начинается восстановительный процесс, т. е. получение из окислов руды- железа, а затем марганца, фосфора и кремния. Процесс этот начинается при низкой t° (ок. 200°) газами-окисью углерода и водородом, а затем продолжается и заканчивается (с 950° и выше) твердым углеродом топлива, точнее говоря, за счет твердого углерода. Восстановление усиливается по мере увеличения t° восстановителей, и т. к. передача тепла идет от поверхности кусков к сердцевине их, то во всякий данный люмент содержание кислорода во внутренних частях кусков руды будет выше, чем в наружных. Для железа, при восстановлении его окисью углерода, мы имеем ряд последовательно идущих реакций со следующим тепловым эффектом:

3Fe,0, + CO=2Fe,04 + CO, +16 619 Cal (1)

2Fe,0, + n С0 = 6 FeO +2COs+(n-2) CO -12 600 Cal (2) 6FeO +n CO =2Fe, + 6CO, + (n - 6) CO + 9 040 Cal (3) 3FeaO,+(2n+l)CO=2Fe8+9COj+(2n-8)CO +13059 Cal (4)

Складывая ур-ия (2) и (3), получим результирующее уравнение:

2Ге,04 + 2пСО = 2Ре, + 8С02+(2п-8)СО -3560 Cal,

имеющее самостоятельное значение, т. к. в пределах t° 300-1-570° магнитная окись восстанавливается непосредственно в железо; выше 570° восстановление проходит через закись железа, т. е. по ур-иям (2) и (3). Для восстановления водородом молено написать ряд аналогичных термохим. ур-ий, а именно:

ЗГегОа+Нг = 2Еез01+НгО + 6209 Gal(i)

2ЕезО + пИ2 = бЕеО+2НгО + (п-2)Н, -33422 Cal (2) 6FeO+ nHa = 2Fea+6HjO + (п-6)П2 - 53418 Gal (3)

3Fe203+(2n+l)H2=2Fe3+9HjO + (2n-8)IIa -80631 Gal (4)

Окись железа естественная, не подвергавшаяся нагреву выше 950°, начинает восстанавливаться окисью углерода при 200°, а водородом-при 260°; кристаллич. окись (не-лезный блеск) или аморфная прокаленная начинают восстанавливаться при 330°; естественный магнитный лелезняк-при 400- 450°. Металлическое железо получается из закиси при 600-650°. Тепловой эффект результирующих реакций (4 для восстановления окисью углерода-положительный, для водорода-отрицательный; это значит, что раз начатое восстановление окисью уг.перо-да может продолжаться без подвода тепла извне. Это обстоятельство истолковывалось многими неправильно: полагали, что восстановление СО исключительно способствует достижению наименьшего расхода горючего, но в вышеприведенных ур-иях при СО стоит коэфф-т п, а это указывает, что СО д. б. в избытке, для того чтобы получающаяся COg не могла окислять восстановленных продуктов (не считая в последних FegOi, к-рая не окисляется в FegOg ни парами воды ни углекислотой). Значения коэфф-та п для разных t°, т. е. соотношение между СО г и СО, при к-ром газовая смесь не может ни восстанавливать окисла пи окислять продукта восстановления (равновесная смесь), в настоящее время, после многолетних иссле-



1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155