- •А.Л. Николаев
- •Новокузнецк 2003
- •Содержание
- •5 3.3.1 Общая характеристика 58
- •Введение
- •Структура народного хозяйства и элементы технологического процесса
- •2 Природные ресурсы. Сырье и энергия в народном хозяйстве
- •2.1 Общая характеристика
- •2.2 Перерабатываемое сырье
- •2.3 Топливо
- •2.3.1 Общие сведения
- •2.3.2 Общая характеристика состава твердого топлива
- •2.3.3 Нефть
- •2.3.4 Природный газ
- •2.3.5 Сжигание топлива
- •2.4 Вода
- •2.5 Воздух
- •2.6 Энергия
- •3 Шихтовые и футеровочные материалы и их характеристики
- •4 Обогащение и окускование полезных ископаемых
- •4.1 Общие сведения
- •4.2 Подготовка к обогащению
- •4.2.1 Дробление и измельчение
- •4 2.2 Грохочение и классификация
- •4.3 Обогащение
- •4.4 Окускование концентратов и мелочи полезных ископаемых
- •4.4.1 Агломерация
- •4.4.2 Производство окатышей
- •4.5 Загрязнение окружающей среды
- •5 Металлургия
- •5.1 Общие сведения
- •5.2 Гидрометаллургия
- •5.3 Пирометаллургия черных металлов
- •5.3.1 Сырьевая база
- •5.3.2 Производство чугуна
- •5.3.2.1 Устройство доменной печи и схема производства чугуна
- •5.3.2.2 Основные процессы и продукты доменной плавки
- •5.3.2.3 Интенсификация и технико-экономические показатели доменной плавки
- •5.3.3 Сталеплавильный передел
- •5 3.3.1 Общая характеристика
- •5.3.3.2 Кислородно-конвертерный процесс
- •5.3.3.3 Электросталеплавильное производство
- •5.3.3.4 Мартеновский процесс
- •5.3.3.5 Внепечная обработка и разливка металла
- •5.3.4 Прямое получение железа
- •5.3.5 Производство ферросплавов
- •5.4 Металлургия меди
- •5.5 Металлургия алюминия
- •5.6 Утилизация вторичных ресурсов
- •6 Литейное и прокатное производство
- •6.1 Литейное производство
- •6.1.1 Литейные материалы и их плавка
- •6.1.2 Литейные формы, охлаждение и выбивка отливок
- •6.2 Обработка металла давлением
- •6.3 Утилизация отходов
- •7 Технология неорганических вяжущих веществ
- •7.1 Портландцемент
- •7.2 Строительная известь
- •7.3 Гипсовые вяжущие
- •8 Промышленность строительных материалов и изделий
- •8.1 Определение, классификация и свойства строительных материалов
- •8.2 Искусственные неорганические строительные материалы
- •8.2.1 Безавтоклавный бетон
- •8.2.2 Железобетон
- •8.2.3 Керамика
- •8.2.4 Стекло и изделия из минеральных расплавов
- •8.2.5 Волокнистые материалы
- •8.3 Естественные неорганические материалы
- •8.4 Искусственные строительные материалы на основе органических вяжущих
- •8.5 Комбинированные строительные материалы
- •8.5.1 Полимербетоны и бетонополимеры
- •8.5.2 Древесно-цементные материалы и изделия
- •8.6 Утилизация отходов в промышленности строительных материалов
- •9 Производства основной химии
- •9.1 Кислоты
- •9.2 Минеральные удобрения
- •9.3 Комплексные удобрения и микроудобрения
- •9.4 Получение газов
- •9.4.1 Разделение воздуха на азот и кислород
- •9.4.2 Получение водорода и синтез аммиака
- •9.5 Утилизация отходов
- •10 Химическое производство органических веществ
- •10.1 Коксохимическое производство
- •10.2 Переработка нефти
- •10.3 Переработка природного газа
- •10.4 Производство полимерных материалов
- •10.4.1 Химическая переработка древесины с получением целлюлозы
- •10.4.2 Пластмассы
- •10.4.3 Каучук и резина
- •10.4.4 Утилизация отходов
- •11 Промышленная инфраструктура
- •11.1 Электроэнергетика
- •11.1.1 Значение электроэнергетики и виды электростанций
- •11.1.2 Паротурбинные энергетические установки электростанций
- •11.1.3 Газогенераторы тепловых энергетических установок
- •11.1.4 Гидроэлектростанции
- •11.1.5 Передача и распределение электроэнергии
- •10.1.6 Нетрадиционная энергетика
- •11.1.7 Воздействие на окружающую среду и утилизация отходов
- •11.2 Транспорт
- •11 2 1 Железнодорожный транспорт
- •11.2.2 Автомобильный транспорт
- •11.2.3 Водный транспорт
- •11.2.4 Воздушный транспорт
- •11.2.5 Промышленный и трубопроводный транспорт
- •Заключение
- •Список ЛитературЫ
- •Николаев Анатолий Лукич
- •Тираж 500 экз. Заказ
- •654041, Г. Новокузнецк, ул. Кутузова, 56, тел. 74-09-48
5.3.2.2 Основные процессы и продукты доменной плавки
Материалы, поступающие в доменную печь (топливо, рудная часть, флюсы, воздух), претерпевают физические и химические изменения в соответствии с температурными законами. В печи происходит горение топлива (кокса), восстановление оксидов железа и других элементов, науглероживание железа и образование жидкого чугуна, формирование и плавление шлака, разложение карбонатов, удаление влаги и другие процессы.
Удаление влаги, включая гидратную, заканчивается в верхней части шахты, при температурах 400–600С. Карбонаты (известняк) разлагаются при 900–1000С с поглощением тепла.
Основным физико-химическим процессом доменной плавки является восстановление оксидов железа монооксидом углерода и углеродом.
Загруженное в доменную печь топливо опускается до уровня фурм и сгорает в струе воздуха, нагретой до 1200–1400С, подаваемой под давлением 3–4 атм.,
С + О2 = СО2 + 394 кДж.
Диоксид углерода взаимодействует с углеродом кокса
С + СО2 = 2СО – 172 кДж.
В фокусе горения развивается наивысшая температура доменной печи, достигающая 1850–1900С.
Оксид углерода, поднимаясь в верх печи, восстанавливает содержащиеся в рудной части оксиды в следующей последовательности:
2Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + co2 + 63 кДж;
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 – 22 кДж;
FeO + CO = Feтв + СО2 + 13 кДж.
Восстановление FeO возможно также твердым углеродом (прямое восстановление).
FeO + C = Fe + CO – 159 кДж.
С оксидами железа в доменной печи полностью восстанавливаются оксиды никеля, свинца, меди, цинка, фосфора за счет твердого углерода и частично – оксиды кремния, марганца, хрома, ванадия, титана и др. На качество чугуна влияют фосфор и сера. Фосфор придает выплавляемой из чугуна стали хладноломкость (пониженную прочность при отрицательных температурах). Сера дает стали красноломкость (пониженные механические свойства при повышенных температурах).
Восстановление рудной части заканчивается образованием железной губки, которая при контакте с коксом науглероживается, образуя железо-углеродный сплав (чугун), который формируется на уровне распара и каплями стекает по кускам кокса, растворяя углерод. Чугун, содержащий 4,3 % С, плавится при температуре 1130С.
Невосстановленная часть доменной шихты, представленная преимущественно кислыми (SiO2, Al2O3) и основными (CaO, MgO) оксидами пустой породы и золы кокса, составляет шлак.
Чугун содержит более 90% Fe, 4,0–4,5% C, некоторое количество кремния, марганца, фосфора и серы. По назначению чугуны разделяются на передельные, предназначенные для переработки в сталь, и литейные.
Основными компонентами шлака являются, %: 35–45 CaO, 32–40 SiO2, 10–20 Al2O3, 6–8 MgO, 0,5–1,0 FeO. Выход шлака составляет 0,5–1,0 от массы чугуна.
Доменный передел имеет значительное количество точек пылевыделения, воздействие которых стремятся уменьшить.
На рудных дворах пылящие материалы увлажняют, запыленный воздух подбункерных помещений аспирируют и очищают, в двух- и трехступенчатых системах. Наиболее эффективна очистка в электрофильтрах.
На литейном дворе над чугунными и шлаковыми летками устанавливают отсасывающие зонты, выделяющиеся газа очищают в электрофильтрах. Над разливочными машинами устраивают перекрытия с аспирацией и последующей очисткой газов в рукавных фильтрах или электрофильтрах. Выход пыли, содержащей 50% Fe и 5–10% С, достигает 650 г/т чугуна. Основное количество пыли и газов доменной плавки удаляется через колошник доменной печи, их очистка не производится, но существует система пылеулавливания.
Характеристика колошниковых газов: температура 175–250С, выход 1100–2200 м3 на тонну чугуна, состав в %: 23–40 СО, 12–22 СО2, 1,5–6,0 Н2, остальное – азот; теплота сгорания 4 МДж/м3; запыленность от 30 г/м3 (работа на подготовительном сырье и под давлением до 0,4 МПа) до 60 г/м3 (при низком давлении на колошнике и работе на неподготовленном сырье). Вынос пыли с колошниковыми газами достигает 100 кг/т чугуна.
Колошниковые газы проходят три стадии очистки от пыли: грубую, полутонкую и тонкую.
Грубую очистку осуществляют в газоходах и сухих циклонах при степени улавливания до 80%.
Полутонкую очистку с эффективностью 80–96% производят в скрубберах (остаточное содержание пыли 0,4–1,6 г/м3).
Тонкая очистка газов осуществляется в мокрых электрофильтрах, где устанавливают трубы Вентури. Содержание пыли в газах после тонкой очистки снижается до 5–15 мг/м3.
Очищенный от пыли колошниковый газ, используется как топливо в доменных воздухонагревателях, в коксохимии, прокатных цехах и на заводских электростанциях.