19

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Политехнический институт ТулГУ

Кафедра «Сварка, литье и технология конструкционных материалов»

Методические указания к лабораторной работе № 1

Устройство доменной печи, материалы для производства металлов

и физико-химические процессы плавки чугуна

по дисциплине

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Направление подготовки: 160100 Системы управления движением и навигации

Профили подготовки:

Системы управления летательными аппаратами

Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации

Направление подготовки: 161700 Баллистика и гидроаэродинамика

Профиль подготовки: Баллистика

Направление подготовки: 221700 Стандартизация и метрология

Профиль подготовки: Метрология и метрологическое обеспечение

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения - очная

Тула 2012 г.

Методические указания к лабораторной работе составлены профессором А.С. Рыбаковым и обсуждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета

протокол № от 2012 г.

Зав. кафедрой СЛ и ТКМ А.А. Протопопов

Методические указания к лабораторной работе пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета

протокол № от « » 20 г.

Зав. кафедрой СЛ и ТКМ А.А. Протопопов

1. Цель и задачи работы;

2. Общие положения (теоретические сведения);

3. Объекты исследования, оборудование, материалы и наглядные пособия;

4. Задание на работу (рабочее задание);

5. Ход работы (порядок выполнения работы);

6. Содержание отчета;

7. Список использованных источников.

1. Цель и задачи работы

Изучение устройства доменной печи, ее работы; шихтовые материалы и подготовка их к плавке.

2. Теоретические сведения.

Основным способом получения чугуна является доменный процесс. Он ведется в доменных печах и заключается в восстановлении из руды железа и др. примесей при помощи окиси углерода и твердого раскаленного углерода.

Доменная печь (рис 1) шахтного типа служат для выплавки чугуна. Сущность выплавки чугуна. Сущность выплавки чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, которые содержатся в железных рудах, твердым углеродом, оксидом углерода, и частично водородом, образующимся при сгорании топлива в печи.

Рис.1. Устройство доменной печи

Основными частями доменной печи являются колошник 8, в верхний части которого находится засыпной аппарат. Через него загружают шихту (обогащенную руду, а в современном производстве – офлюсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают и с помощью вагонетки 12 подъемного устройства подают к засыпному аппарату.

Рис.2. Устройство воздухонагревателя

Вагонетка опрокидываясь, высыпает шихту 9 в приемную воронку 10, внизу которой находится малый конус 13 и глина 14, при помощи которой шихта попадает на большой конус 16. Большой конус закрывает дно воронки и не дает возможности выходу печных газов через колошник; печные газы отводят по боковым трубам 11 и после очистки используются в качестве газообразного топлива. После того как шихтовые материалы попадают на большой конус, он опускается и шихта ссыпается с него в шахту печи, затем большой конус возвращается в исходное положение.

Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка 10 после каждой очередной загрузки шихты поворачивается на 60º.

Шихтовые материалы, загруженные в печь, проплавляются, опускаются вниз, а в печь подаются новые порции шихты. Следят за тем, чтобы полезный объем печи был всегда заполнен шихтой.

Полезный объем печи - это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого кожуха засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000 - 5500 м³. Полезная высота Н доменной печи достигает 35 метров.

За колошником следует самая большая часть доменной печи – шахта 7, имеющая форму конуса, расширяющегося книзу, где происходит нагрев шихты, испарение из нее влаги, разложение и восстановление железа окисью углерода, поднимающегося снизу, которая образуется в горне от сгорания кокса; в нижней части шахты где температура 1000…1200 ºС, идут реакции восстановления железа твердым раскаленным углеродом.

Шахта переходит в самую широкую часть печи - распар 6. За распором следует сужающая к низу часть печи, называемая заплечником 5. За заплечником располагается цилиндрическая часть печи - горн 3, где на лещади 17 (днище печи) накапливается жидкий чугун и шлак.

Лещадью печь монтируется на мощном железобетонном фундаменте 1.

Для выпуска железного шлака в горне есть метка 2, для выпуска чугуна - летка 18.

Чугун в зависимости от объема печи выпускается примерно через каждые 3…4 ч, шлак - через каждые 1…1,5 ч. В период между выпусками летки заделываются огнеупорной массой, а перед выпуском эти отверстия пробиваются специальными устройствами - пушками.

В верхней части горна располагаются фурменные устройства 4, через которые под давлением до 2,5 атм ( в крупных печах до 4 атм) в печь поступает горячий воздух (Т = 1000…1200 ºС) от специальных нагревательных устройств. Доменная печь снаружи имеет стальной конус, выложенный внутри огнеупорным кирпичом.

Внутренняя часть колошника выполняется из металлических литых стальных сегментов из пустотелых чугунных плит, пустоты которых заделываются шамотным кирпичом, для предохранения от разрушения при загрузки шихты. Шахту выкладывают (футеруют) шамотным кирпичом, содержащим 35% Al₂O₃ c зазором 50…200 мм между броней и кладкой. Зазор заполнят глинисто-асбестовой массой. На 2/3 высоты снизу охлаждают холодильниками.

Распор и заклепки чаще всего делают тонкостенными из высокоглиноземистого полуторного кирпича длиной 345 мм и охлаждают ребристым плитовыми холодильниками, забитыми кирпичом.

Горн футеруют высокоглиноземным шамотным кирпичом содержащим 45%. Al₂O₃. Лещадь выполняют из углеродистых блоков (длина блоков 3…4 м, сечение 400 400 и 500 500 мм), внутреннюю часть выкладывают высокоглиноземным кирпичом.

Горн, лещадь и металоприемник заключены в чугунные плитовые холодильники толщиной около 160 мм с залитыми трубками диаметром 45 мм по которым циркулирует вода.

Фундамент печи состоит из двух частей: нижней, подземной, называемой подошвой, и верхней, называемой пнем. Подошву выполняют из железобетона, а пень - из жароупорного бетона. Фундамент делают в виде огнеупорной плиты толщиной около 4 м.